СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПЕРЕХОДА КЕРАМИКИ YBaCuO Советский патент 1995 года по МПК H01L39/24 H01B12/00 

Изобретение относится к способам косвенного неразрушающего экспресс-контроля параметров сверхпроводящего (СП) перехода керамических высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) состава VBa₂Cu₃O_7- δ
Известно, что СП свойства керамических ВТСП состава VBa₂Cu₃O_7- δ сильно зависят от содержания кислорода. С увеличением числа вакансий кислорода ( δ ) уменьшается температура СП перехода, возрастает ширина перехода Т_с. Наилучшие результаты T_с≃ 92 K, ΔT_с≃ 1 K достигаются на образцах с содержанием кислорода, максимально близким к 7. Однако получение таких образцов представляет собой достаточно сложную задачу. В ходе технологического процесса синтеза и отжига керамик VBa₂Cu₃O_7-δ содержание кислорода в них меняется, поэтому незначительные отклонения в условиях этого процесса (температура, длительность и атмосфера отжига и синтеза, скорость снижения температуры после отжига, качество исходных компонентов и т.д.) могут привести к значительному ухудшению СП свойств получаемых образцов, вплоть до полного исчезновения сверхпроводимости. Кроме того, синтезируемые керамические образцы VBa₂Cu₃O_7- δ могут оказаться неоднородными по содержанию кислорода, вследствие чего различным участкам образца будут соответствовать разные значения Т_с, что вызовет ухудшение СП свойств всего образца.

Таким образом, для практического использования ВТСП важнейшее значение имеет задача контроля параметров СП перехода на выходе технологического процесса получения образцов керамики VBa₂Cu₃O_7- δ и отбраковки тех из них, СП свойства которых (прежде всего Т_с и разброс ее значений по образцу) не удовлетворяют требуемым для конкретных целей значениям.

Существует способ косвенного контроля Т_с, не связанный с необходимостью измерения температурной зависимости параметров исследуемого образца до Т < Т_с. Авторами [1] установлена связь между значением частоты края плазменного отражения ω_p в керамиках VBa₂Cu₂О₇- δ при комнатной температуре и величиной Т_с в них. На основании данной зависимости Т_с ( ω_p) определяется значение Т_с. Такой способ имеет определенные преимущества, однако он не свободен от недостатков, связанных со значительной сложностью и длительностью экспериментов по определению значений ω_p Для этого необходимо снятие спектров плазменного отражения VBa₂Cu₃O_7- δ в широком диапазоне длин волн (0,4-50 мкм), что вызывает необходимость применения сложной техники. Кроме того, предварительно поверхность образца необходимо тщательно полировать до зеркального состояния, что, во-первых, достаточно сложно и трудоемко, а во-вторых, частично разрушает образец.

Целью изобретения является упрощение и повышение точности за счет локальных измерений.

Сущность способа заключается в том, что для определения величины Т_с керамик VBa₂Cu₃O_7- δ предлагается пользоваться установленной корреляционной зависимостью между значением Т_с и α (Т 300 К) для этих керамик и, измерив значение при комнатной температуре любым известным способом определять величину Т_с по этой зависимости. Этот способ значительно проще и быстрее в исполнении (для проведения измерений требуется наличие лишь нагревательного элемента, термопары и микровольтметра для регистрации величины сигналов, а сам процесс проведения измерений занимает 1-2 мин), позволяет путем простого перемещения измерительного зонда проводить локальный контроль Т_с в разных точках образца и не требует никакой предварительной обработки его поверхности, т.е. является неразрушающим.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 приведены полученные температурные зависимости коэффициента термоЭДС α (Т) в образцах VBa₂Cu₃O₇-δ с различным содержанием кислорода. Видно, что уменьшение содержания кислорода и, соответственно, уменьшение значения Т_с сопровождаются ростом значений α в нормальной фазе, в том числе и при комнатной температуре. Это позволяет связать значения α (Т 300 К) и Т_с. Было исследовано большое количество образцов VBa₂Cu₃O_7- δприготовленных по различной технологии. В результате получена корреляционная зависимость Т_с от α (Т 300 К), приведенная на фиг. 2. Отметим, что величина α здесь есть значение коэффициента термоЭДС VBa₂Cu₃O_7- δ относительно меди, из которой чаще всего изготовляются измерительные электроды, которое непосредственно определяется в эксперименте. Пользуясь найденной корреляционной зависимостью, можно оценить значение Т_с с точностью, вполне достаточной для целей применения ВТСП, произведя контроль величины α лишь при комнатной температуре и не прибегая к измерению всей температурной зависимости до Т < Т_с, что сильно упрощает и ускоряет процесс тестирования керамик.

Кроме того, используя для измерений метод термозонда, можно получить локальные значения величины α в различных точках образца и, соответственно, распределение значений Т_с по образцу, что позволяет выделить участки с различными сверхпроводящими свойствами.

Таким образом, предлагается способ неразрушающего локального экспресс-контроля значений Т_с в керамиках VBa₂Cu₃O_7- δ. Благодаря простоте в реализации, быстроте получения результата и важности решаемой с его помощью задачи контроля СП свойств ВТСП, он должен найти применение среди изготовителей изделий из керамики VBa₂Cu₃O_7-δ на стадии выходного контроля качества получаемых образцов. Особенно важным и полезным может стать применение данного способа для локального тестирования мишеней из керамики VBa₂Cu₃O_7- δ предназначенных для напыления пленок. СП свойства получаемых пленок непосредственно зависят от качества используемых мишеней, типичные размеры которых достигают десятков сантиметров в поперечнике, и неразрушающего способа контроля их качества пока просто нет.

Изобретение относится к области сверхпроводимости. Целью изобретения является упрощение способа определения температуры перехода в сверхпроводящее состояние керамики YBa₂Cu₃O_7-δ и повышение точности за счет локальных измерений. Поставленная цель достигается тем, что критическую температуру определяют по ее зависимости от коэффициентов термоэдс, измеряемых локально при комнатной температуре. 2 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО ПЕРЕХОДА КЕРАМИКИ YBa₂Cu₃O₇-δ, включающий измерение электрических параметров керамики при комнатной температуре и определение критической температуры по корреляционной зависимости от измеряемых параметров, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности за счет локальных измерений, в качестве электрических параметров керамики используют локальные значения коэффициента термоЭДС.