Способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников Советский патент 1992 года по МПК C30B11/02 C30B29/22 

Недостатками данного способа являются получение монокристаллов лишь в системе Y-Ва-Си-О и невозможность получения монокристаллов с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состоя- ние.

Известен способ получения монокристаллов 1 пВа2Сиз07-5, где Lh-Y,Sm,Gd,Dy, Ho.Fr, включающий прямое индукционное плавление исходного вещества в холодном тигле и кристаллизацию расплава перемещением тигля относительно индуктора.

Недостатком известного способа являются различные температуры перехода в сверхпроводящее состояние получаемых кристаллов и невозможность выращивания монокристаллов в системе Bi-Sr-Ca-Cu-0.

Целью изобретения является получение монокристаллов в системе Bi-Sr-Ca-Cu-О с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние, а также увеличение однородности кристаллов и температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения монокристаллов сверхпроводников, включающем индукционное плавление исходного материала в холодном тигле и кристаллизацию расплава перемещением тигля относительно индуктора, пе- ремещения тигля сначала ведут со скоростью 1-5 мм/ч при постоянном значении напряжения на индукторе, после его изменения - со скоростью 0,01-0,8 мм/ч до полной кристаллизации расплава, а затем ее увеличением до 10 мм/ч, и кристаллы отжигают в среде кислорода при 300-550°С.

На фиг. 1 показана характерная зависимость напряжения на индукторе от времени в процессе получения кристаллов. После подачи ВЧ напряжения на индуктор вещество стартового нагрева нагревается, плавится, расплавляется и шихта в тигле (область I), затем процесс стабилизируется (область II), после чего для уменьшения пе- регрева расплава снижают напряжение на индукторе и выдерживают некоторое время в стационарном режиме - стадия гомогени- . зации расплава (область 111) и лишь затем осуществляют направленную кристаллиза- цию расплава- (область IV) перемещением тигля относительно индуктора.

На участке IV а изменения напряжения йе происходит и именно на этом участке осуществляют перемещение тигля со скоро- стью 1-5 мм/ч.

При использовании на этом участке скоростей меньше 1 мм/ч существенным образом успевает измениться фазовый состав зародышевых кристаллов, что ухудшает условия получения кристаллов высокотемпературных сверхпроводников в системе BI- Sr-Ca-Cu-О с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние. Использование скоростей свыше 5 мм/ч ухудшает-условия гомогенизации расплава.

С момента изменения напряжения на индукторе (t4) скорость перемещения тигля устанавливают 0,01-0,8 мм/ч и поддерживают до полной кристаллизации расплава, после чего увеличивают скорость перемещения тигля до 10 мм/ч, реализуется отжиг полученного материала (область V).

Уменьшение скорости перемещения тигля меньше 0,01 мм/ч не улучшает свойств полученных монокристаллов по воспроизводимости температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс, измененной при сопр.отивлении, близком к нулю, но существенно снижает Тс этих кристаллов. Увеличение скорости перемещения тигля на участке IV больше 0,8 мм/ч препятствует получению монокристаллов с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

При использовании после кристаллизации расплава скоростей перемещения тигля более 10 мм/ч ухудшаются условия отжига, т.е. хуже устраняются термические напряжения и в итоге ухудшается качество кристаллов, в частности повышается их хрупкость, затрудняется их извлечение из були и снижается температура перехода в сверхпроводящее состояние.

Процесс получения монокристаллов может проводиться как на воздухе, так и в среде кислорода.

Насыщение отдельно выделенных кристаллов кислородом в среде кислорода при 300-550°С приводит к повышению Тс на 8- 12°С, при этом для кристаллов, имевших одинаковую Тс, Тс возрастает на одну величину, т.е. наблюдается воспроизводимость свойств и после насыщения кислородом.

Пример 1.В камеру с индуктором помещают холодный тигель диаметром 70 мм, в который засыпают высокотемпературный сверхпроводник состава Bi2Sr2CaCu20e-x с дисперсностью не менее 1 мм. В центр тигля помещают это же вещество в виде плотноспеченных кусков с размерами 10-15 мм (вещество стартового нагрева). На индуктор подают высокочастотное напряжение до 3 кВ. Идет нагрев крупных кусков исходного вещества, плавление их и плавление порошкообразного вещества в тигле. Формируется ванна расплава. Процесс стабилизируется. Для уменьшения перегрева расплава снижают

напряжение на индукторе до 0,6 кВ и после установления стационарного режима (зна- . чение U постоянно) выдерживают его в течение 1,5-2 ч. Затем включают перемещение тигля со скоростью 2 мм/ч и через 2,5 ч включают перемещение тигля со скоростью 0,8 мм/ч. Через 34 ч скорость перемещения тигля увеличивают до 3 мм/ч и еще через 5 ч отключают напряжение на индукторе. Из тигля извлекают булю подученного тексту- рированного материала, из которой выделяют тонкопластинчатые монокристаллы с характерными размерами 2 х 1,5 х 0,02 мм.

Из були выделяют 10 произвольно взятых монокристаллов и стандартным 4-кон- тактным методом на постоянном токе исследуют температурные зависимости от относительного сопротивления R(T)/R293. Из этих монокристаллов 7 монокристаллов имеют температуру перехода в сверхпрово- дящее состояние Тс, равную 69 К, т.е. воспроизводимость свойств полученных монокристаллов по температуре перехода составляет 70%. На фиг. 2 показаны характерные температурные зависимости отно- сительного сопротивления для этой серии кристаллов.

После отжига в кислороде кристаллов с одинаковой Т 68 К при Т 400°С для всех этих кристаллов Тс повысилась до 81 К (фиг.

3).

Другие конкретные-примеры способа представлены в таблице с указанием режимов.

Использование предлагаемого способа получения монокристаллов ВТСП обеспечивает получение монокристаллов ВТСП в системе Bi-Sr-Ca-Cu-О; а также получение монокристаллов с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

Получение монокристаллов ВТСП в системе Bi-Sr-Ca-Cu-О с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние существенно расширяет возможности исследования свойств монокристаллов и области их практического применения в микроэлектронике и технике низких температур.

Формула изобретения

1,Способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников, включающий индукционное плавление исходного материала в холодном тигле и кристаллизацию расплава перемещением тигля относительно индуктора, отличающийся тем, что, с целью получения монокристаллов в системе Bi-Sr-Ca-Cu-О с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние, перемещения тигля сначала ведут со скоростью 1-5 мм/ч при постоянном значении напряжения на индукторе, после его изменения - со скоростью 0,01-0,8 мм/ч до полной кристаллизации расплава, а затем ее увеличением до 10 мм/ч.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью увеличения однородности кристаллов и температуры перехода в сверхпроводящее состояние, кристаллы отжигают в среде кислорода при 300-550°С.

I Ж Ш i i

Г/ Ti T3 Tu

Фиг. /

/7

Ј

Ts Т (we)

Изобретение относится к Получению монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), которые могут найти применение в микроэлектронике и технике низких температур. Обеспечивает получение монокристаллов в системе Bi-Sr-Ca-Cu- ОС одинаковой температуры перехода Т-Тс в сверхпроводящее состояние, а также увеличение однородности кристаллов и Тс. Способ включает индукционное плавление исходного материала в холодном тигле и кристаллизацию расплава перемещением тигля относительно индуктора. Сначала перемещение тигля ведут со скоростью 1-5 мм/ч при постоянном значении напряжения на индукторе, а после его изменения - со скоростью 0,01-0,80 мм/ч до полной кри- сталлизации расплава, а затем ее увеличивают до 10 мм/ч. Кристаллы отжигают в среде кислорода при 300-550°С. Получены кристаллы размером 4 х 2 х 0,05 с воспроизводимостью свойств по Тс до 100%. 1 з.п.ф- лы, 1 табл.. 3 ил. Недостатками этого способа являются загрязнение получаемых кристаллов материалом тигля и получение монокристаллов с различными температурами перехода в сверхпроводящее состояние. Известен способ получения монокристаллов УВа2СизОб,(, включающий прямое индукционное плавление исходной шихты в холодном тигле и направленную кристаллизацию расплава со скоростью 1-3 мм/ч. СО С ч СА) Ы СЛ сл

#/#293

If5o200

фиг. Z

55

,K

R(T)lfi293

фие.З

. 2OO

300 TtH