Способ изготовления сверхпроводящей пленки со структурой А15 Советский патент 1987 года по МПК H01L39/12 

Изобретение ОТНОСИТСЯ к области сверхпроводимости, в частности к изготовлению пленочных токонесущих элементов для линий электропередачи и обмоток сверхпроводящих магнитов и криоэлектронных интегральных схем.

Целью изобретения является улучшение токонесущей способности сверхпроводника.

Пленку изготовляют следующим образом.

ПлeнкyJ состоящую из двух элементов, образующих сверхпроводник типа AjB со структурой А15 (например Nb Sn и др), наносят на подложку из

изолиру5ощего материала (сапфир,кварц окисленньш кремний) или металла с испарением компонентов в вакууме или плазменным распылением (катодное,, магнетронное) мишени, составленной из обоих компонентов, в таком соотношении,, что состав слоя по диаграмме состояний близок к однофазной области A15s но находится в области соединения с избытком легкоплавкой компоненты, не затвердевающей при температуре его нанесения. Поскольку слой не кристаллизуется, то отсутствует для роста зерен прибавлением кристаллографических плоскостей с определенным, наиболее выгодным, набором индексов. По достижении- емой ТОЛ0ЩНЫ температуру подложки

повышают до уровня, при котором упру- I

гость паров более легкоплавкой компоненты (Snj Ga или др) становится достаточной для заметного ее испарения ( ,110 Па) и может формироваться Соединение . При небольшой продол- йштельности испарения состав сдвига-, ется к стехиометрическому в соответствии с формулой , и слой кристаллизуется с образованием структуры А15 Причем кристаллизация происходит по зсему объему пленки без определенной направленности, поэтому не наблюдается преимущественной ориентации зе- рен, а размер зерна оказывается меньшим в сравнении со случаем прямой кристаллизации из пара

В результате саморегулирования состава j близкого к стехиометрическому и однородного по объему, образующий

ся слой имеет высокую критическую температуру, .узкий температурньй диапазон перехода к сверхпроводимости ( 60,1 К) и большую плотность критического тока с меньшей зависимостью

682

от магнитного поля из-за более высокой концентрации центров пиннинга. Согласно изобретению могут быть изготовлены также пленки трехкомпонент- ных соединений (Nb-Al-Ge, Nb-Ge-Ga, V-Ge-Ga и др.), кристаллизующиеся в виде решетки А15, с аналогичным улучшением свойств. Поскольку двух- или

0

5

0

5

0

г .

5

трехкомопнентные соединения в зависимости от входящих в них компонентов имеют свои фазовые диаграммы, то конкретные составы пленок и температуры двух стадий способа различаются по численным значениям, отражая принципиально общие фазовые превращения.

Пример. Изготовляют пленку NbgSn, Слой наносят магнетронным распылением т ишени, представляющей собой диск из ниобия, в котором в ра- диально размещенных углублениях вплавлено олово, так что соотношение Nb/Sn по площади в области распыления составляет ,5, С учетом ко- э4)фициентов распьшения (для ниобия 0, 55, для олова 1,, 2) на подложке осаждают слой с атомным составом Nb/Sn 1-1,15, что соответствует соединению Nb Sn с избытком олова в 2-5 ат.%. По диаграмме состояний Nb-Sn жидкая фаза существует при атомном -содержании .олова более 45% и температуре более 845 С. Таким образом, на подложке, нагретой до 850°С, растет некристаллизованный слой до требуемой толщины с постоянным соотношением компонентов. Осаждение прекращают и температуру подложки увеличивают до 900°С, ,при этом парциальное давление олова достигает величины 1,3 «10 Па. .Отжиг в течение 1 ч приводит к измене1шю соотношения Nb/Sn в пленке, а по достижении стехиометричес- кого состава Nbj Sn пленка кристаллизуется, после чего испарение олова заметно ослабляется.

Формула изобретения

Способ изготовления сверхпроводящей пленки со структурой А15, заклю- чаюшзийся в вакуумном испарении компонентов и конденсации их на подложку, нагретую до температуры кристаллизации фазы А15, отличающий- с , что,,с целью улучшения токонесущей способности сверхпроводящей пленки, соотношение компонентов при

31295468

конденса1Д1и такова, что пленку кон- пока упругость пара более легкоплав- денсируют в жидком состоянии, после кой составляющей не превь1сйт 1,0 чего температуру подложки поднимают .10 Па.

Изобретение относится к области сверхпроводимости, в частности к изготовлению пленочных токонесущих элементов. Целью изобретения является улучшение токонесущей способности пленочного сверхпроводника. Поставленная цель достигается выбором соотношения компонентов сплава. Благодаря этому пленка корденсируется в жидком состоянии. Затем увеличивают температуру подложки до превышения упругости.пара легкоплавкой компоненты 1,0.10 Па. При этом избыток этой составляющей сплава испаряется. Q (О (Л го со СП 4ik Од 00