СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЛСТЫХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ПЛЕНОК Y BA*002CU*003O*007 Российский патент 1997 года по МПК H01L39/24 

Изобретение относится к способу получения высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) пленок и может найти применение в криоэлектронике, приборной технике и при производстве сверхпроводящих линий с высокой критической плотностью тока.

Известны различные методы получения ВТСП пленок, одним из которых является высокочастотное ионно-плазменное напыление на подложки из сапфира с подслоем из оксида циркония [1]
Известен также способ получения тонких пленок путем лазерного испарения на сапфировую подложку, толщина пленок при этом 0,1-0,15 мкм, критическая температура лучшей пленки 91,5 K и критическая плотность тока 10⁵ А/см² [2]
Однако получение тонких пленок требует применения дорогостоящего и дефицитного оборудования. Изготовление изделий больших размеров этим способом затруднительно.

Значительно более дешевая и технологически простая толстопленочная технология, используя сеткотрафаретную печать, дает возможность получать проводящие линии любой формы и размеров.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения толстых пленок YBa₂Cu₃O₇, при котором в качестве подложек использовали Al₂O₃, монокристаллический MgO, керамику MgO+5 в. TiO₂, ZrO₂ стабилизированного Y₂O₃ и форстерит [3]
Порошковая смесь исходных компонентов Y₂O₃, BaCO₃ и CuO при соотношении 1:2:3 соответственно смешивалась в изопропиловом спирте. Затем после испарения спирта приготавливалась паста с органическим растворителем при соотношении порошка к растворителю 7:3. Паста отжигалась на воздухе при 450^oC и наносилась на подложку трафаретной печатью. Затем пленка термообрабатывалась на воздухе при 850-980^oC и отжигалась в кислороде.

Однако плотность тока этой пленки не превышала 7 А/см² при 77 К при использовании в качестве подложки ZrO₂ стабилизированного Y₂O₃. Такая низкая величина плотности тока связана с высокой пористостью пленки и слабой межзеренной связью. Пористость пленки составляла 35%
Цель изобретения снижение пористости ВТСП пленки и повышение ее плотности тока.

Цель достигается тем, что после получения пленки она подвергалась газостатическому прессованию в атмосфере аргона при температуре 800-850^oC, давлении 1800-2000 ат в течение 30-60 мин.

Получение ВТСП пленки осуществлялось следующим образом.

Порошковая смесь оксидов составляющих компонентов смешивалась с органическим связующим при соотношении: на 100 г порошка 15 г связующего. В качестве подложки для нанесения пасты использовали шлифовальные пластинки монокристаллического ZrO₂, стабилизированного Y₂O₃ (фианит). Перед нанесением пленки поверхность подложки обезжиривалась ацетоном. Пасту наносили на подложку через сетчатый трафарет. Затем пленки помещали в камеру газостата и подвергали прессованию в атмосфере аргона в присутствии Ti губки. После газостатирования образцы подвергали термообработке в проточном кислороде при 900-920^oC в течение 1 ч.

Пример получения ВТСП пленки YBa₂Cu₃O₇.

Порошки Y₂O₃, BaCO₃ и CuO при катионном соотношении Y:Ba:Cu=1:2:3 смешивали в халцедоновом барабане в течение 6 ч в смесителе "Санд-1" при скорости вращения барабана 110 об/мин. После смешения порошок просеивали через сито с размером ячейки 30 мкм. Затем к порошку добавляли органическую связку, представляющую собой смесь этилцеллюлозы, терпинеола и касторового масла. Количество связующего составляло 30% от количества порошка. Паста была приготовлена на пастотерке. Затем пасту наносили на подложку из монокристаллического ZrO₂, обезжиренную ацетоном. Пленку получали сеткотрафаретной печатью. Толщина пленки составляла 40-60 мкм. Пленка подсушивалась при температуре 150^oC в течение 1-1,5 ч. После этого пленку подвергали газостатическому прессованию в среде аргона. Использовался газостат типа "Квинтус".

Параметры газостатирования: давление аргона 1800-2000 ат, температура 750-800^oC, время 30-60 мин.

Примеры режимов газостатирования и заявляемых свойств пленок приведены в табл. 1. После проведения газостатирования пленку отжигали в атмосфере проточного кислорода при температуре 900-920^oC в течение 1 ч при нагревании со скоростью 3,5 ^oC/мин и охлаждении до 350^oC с такой же скоростью.

Свойства пленок, полученных по способу-прототипу и по предлагаемому способу, представлены в табл. 2.

Из данных табл. 1, 2 видно, что пленки, полученные после газостатического прессования, проведенного по режиму, представленному в табл. 1, имеют пористость менее, чем не подвергшиеся газостатическому прессованию пленки, а плотность тока их повышается, при этом более чем в 14 раз. Температура СП-перехода также повышается, а перепад СП-перехода снижается почти до 0. Вероятно, в процессе газостатического прессования помимо механического уплотнения происходят химические процессы, оказывающие благоприятное воздействие на качество полученных ВТСП пленок.

Использование: в криоэлектронике, приборной технике и при производстве сверхпроводящих линий с высокой критической плотностью тока. Способ позволяет осуществить без потерь передачу электроэнергии в криогенных условиях, а также в ряде случаев уменьшить размеры электронной аппаратуры. Сущность изобретения: способ получения сверхпроводящих пленок YBa₂Cu₃O₇ состоит в том, что при получении толстых пленочных линий из ВТСП материалов после нанесения пленки на подложку ее подвергают газостатическому прессованию в атмосфере аргона при давлении 1800-2000 ат и температуре 750-800^oC в течение 30-60 мин, при этом повышается плотность пленки и в то же время значительно повышается ее плотность тока. 2 табл.

Способ получения толстых высокотемпературных сверхпроводящих пленок YBa₂Cu₃O₇, включающий смешение исходных составляющих компонентов, приготовление из них пасты с органическим связующим, формирование пленки на подложке посредством сеткографической печати и отжиг пленки, отличающийся тем, что после формирования пленки на подложке ее подвергают газостатическому прессованию в атмосфере аргона при давлении 1800 2000 атм и температуре 750 800^oС в течение 30 60 мин.