Сверхпроводящий материал Советский патент 1984 года по МПК C30B29/36 H01L39/12 

Изобретение относится к сверхпроводящим материалам и может быть использовано в криогенной микроэлектронике и в качестве детекторов различных видов излучения.

Известны сверхпроводящие материалы, содержащие технеций, например технеций-вольфрам (0,2 Тс-- 0,8W) с критической температурой сверхпроводящего перехода Т,3,85 К, и технеций - вольфрам- (0,6 Тс 0,4 Х/) с критической температурой сверхпроводяг1его перехода Т, 7,88

Си.

Наиболее близким к предлагаемому является карбид технеция ТсС, содержащий 50 ат.% технеция и 50 ат.% углерода. Карбид технеция имеет .решетку объемноцетрир ванного куба с параметром ,985 А f2j.

Известный материал имеет низкую критическую температуру сверхпроводящего перехода Т):3,85 К..

иель изобретения - повычение критической температуры сверхпроводящего перехода.

достижения указанной цели сверхпроводящий материал, содержащий технеций и углерод, содержит компоненты при следующем соотнсняении, ат.%1 технеций 78-68; углерод 22-32 и имеет решетку примитивного куба.

Указанное содержание компонентов в материале обеспечивает образование соединения технеция с углеродом, которое имеет pa-jeTKy примиг тивного куба и отличается значительно более высокой критической температурой сверхпроводящего перехода Tj.:15 К.

На чертеже показана зависимость критической температурь сверхпроводящего перехода от состава материала.

Данный материал имеет рачетку примитивногчэ куба с параметром

.,бб А и обладает критической температурой сверхпроводящего перехода 15 К в диапазоне содержания углерода 22-32 ат.%.

Укаэанн материал получен на установке ионного распыления путем нанесения на подложку чередукщихся субмоноатомных слоев технеция и углерода и последующего полученного материала при температуре до 500с в вакууме. Чередование субмоноатомных слоев технецня и углерода обеспечивают путем быстрого перемещения тележки с подложкой между камерой, где распыляется технеций, и камерой, где распыляется углерод. Время осаждения BeirtecTBa в каждой камере, т.е. толщину наносящего слоя, вычисляют на основании скоростей распыления технеция и

углерода, которые определяют в предварительных зкспериментах. Например/ материал, состоящий из 25 ат.% углерода и 75 ат.% технеция, получают следующим образом.

Предварительно определяют скорости распыления технеция и углерода (по отдельности). Для этой цели при заданных постоянных параметрах разряда (напряжение 4 кВ, ток разряда 1000 мкА) осаждают в течение 1,2 и 4 ч на отдельные подложки пленку технеция и в течение 3,6 и 12 ч на другие подложки пленку углерода. Затем проводят измерения

получившихся толщин осажденных пленок технеция и углерода на приборе TALY5TEP , который позволяет измерять толщины осажденных пленок с точностью до 110 А. Зная время

осаждения и толщину осажденной пленки(Определяют скорость распыления технеция и углерода.Эти скорости оказываются постоянными и независящими от времени распыления.Скорость

распыдения технеция составляет 10,0 А/мин. Скорость распыления углерода состарляет 2,2 А/мин.

Толщину моноатомного слоя технеция принимают равной удвоенному

металлическому радиусу атома технеция, моноатомного слоя углерода принимают равной удвоенному ковалентному радиусу атома углерода. Эти величины равны 0,77 А для углерода и 1,36 X для технеция.

Зная время распыления и толщины

моноатомных слоев технеция и углерода, оп|эедедяют время осаждения одного моноатомного слоя технеция или углерода. Эти величины составляют 16,3 и 42,0 соответственно. За 16,3 с осаждается 482 атома технеция на площади 50-50 А, Чтобы получить материал с 25 ат.% С, необходи1 о осадить на ту же площадь поверх моноатсжного слоя технеция субмоноатомиый слой углерода из 160 атомов углерода. Зная, что за 42 с осгикдается 703 атома углерода получаем, что время осаящения субмоноатомного слоя углерода из 100 атомов составляет 9,5 с. Полученный таким образом монослой материгша содержит 25 ат.% угЛерода (160 атомрв) и 75 ат.% технеция-(482 атома).

Количество чередуицихся слоев

для получения пленки материала 25 ат.% С и 75 ат.% Тс толщиной 500 А рассчитывают следующим образом.

Толщину моноатомного слоя технеция, осаждаемого за время 16,3 с, принимают равной металлическсму диаметру атома технеция (,72 А (диаметратома технеция в его кристаллической решетке). Толщину субмоноатомного слоя углерода вычисляют по фор « 0,37 А, С t 100 толщина субмоноатомного слоя углерода; толщина моноатомного сло углерода, равная диамет атома углерода в его кр сталлической решетке.; время осаждения полного моноатомного слоя углеро да; время осаждения субмоноатомного слоя углерода, в котором число атомов составляет 25% от числа атсмов технеция в полном моноатомном слое технеция. Таким образом, толщина полного моноатомного слоя материала составл ет. d 3,09 А Для получения пленки материала толщиной ts 500 А необходимо 162, где f - число полных моноатомных слоев материала; i - толщина пленки материала . d - толщина полного моноатомного слоя материала. Отсюда следует, что для получени материала заданного состава и толщины необходимо передвинуть тележку с подложкой из камеры технеция в камеру углерода 162 раза. При этом в каждой камере выдерживается соответствуюцая экспозиция (для Тс 16,3 с, для С 9,5 с). Состав полученного таким способом материала проверяют на электронном микроскопе ТЕМСКАН - 100 СХ, оборудованном микрорентгеноспектральной приставкой KEVEKC для количественного определения элементного состава массивных и тонкопленочных материалов. Для материала с 32 ат.% углерода время нанесения одного субмоноатомного слоя технеция 16,3 с, время нанесения одного субмоноатомного слоя углерода 13,5 с. Для материала с 22 ат.% углерода время нанесения одного субмоноатомного слоя технеция 16,3 с, время нанесения одного субмоноатомного слоя углерода 8,5 с. Все образцы ТсС имеют реиштку примитивного куба с параме- ром ,66 А. Полученные аналогичным способом материалы с процентным содержаний углерода ниже 22 ат.% и выие 32 ат.% имеют значительно более низкие критические температуры сверхпроводящего перехода Т. Например, технеций с содержанием углерода 12 ат.% имеет критическую температуру сверхпроводящего верехода Т,5,5 К, технеций с содержанием углерода 40 ат. критическую температуру сверхпроводящего п ехода т :2,0 К. Таким образом, предлагаемый материал обладает более высокой критической температурой сверхпроводящего перехода Ткг15 К по сравнению с известным (,85 К). Это дает возможность использовать предлагаемый материал в.криогенной микроэлектронике, в качестве детекторов различных видов излучения, а также в качестве покрытий при изготовлении сверхпроводящих конструкций.

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ МАТЕРИАЛ, содержащий технеций и углерод, отличающийся тем, что с целью повьшения критической температуры сверхпроводящего перехода, он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.%: технеций 78-68; углерод 22-32, и имеет решетку примитивного куба. О) ел о to