Способ формирования тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на основе иттрия Советский патент 1993 года по МПК H01L39/12 H01L39/24 

Изобретение относится к сверхпроводниковой микроэлектронике, а именно к способамформированиятонкихвысокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) пленок на основе иттрия.

Известен способ формирования ВТСП пленок, заключающийся в нанесении пленок стехиометрического состава на монокристаллические пластины металлооксидов (ЗгТЮз. ZrOz, MgO и др.) и их термическом отжиги при температуре 1100-1400 К в течение 103-105 с. Однако возможности этого способа ограничиваются сложностью и стоимостью изготовления материала подложек, на которых формируется ВТСП пленка.

Известен способ формирования ВТСП пленок, заключающийся в очистке поверхности кремниевых пластин, нанесении пле- нок буферного слоя Zr02, его обработке и нанесении и формировании ВТСП пленок. Однако у этого метода имеются существенные недостатки, так пленка Zr02 при модификации трескается и поэтому образуется ВТСП пленка с мозаичной морфологией. Особенно чувствительны к свойствам поверхности буферного слоя ВТСП пленки толщиной менее 0,8 мкм.

Техническим результатом изобретения является улучшение свойств иттриевых ВТСП пленок: уменьшение ширины сверхпроводящего перехода ДТС, увеличения плотности критического тока; улучшение морфологии поверхности.

Согласно предлагаемому способу в известном способе формирования ВТСП пленки, включающем нанесение на очищенную пластину буферного слоя, его модификацию, нанесение и формирование ВТСП пленки, модификацию буферного слоя проводят путем пересечения потока высокоэнР

I

тальпийнои

(

10

Дж/кг)

низкотемпературной ( 10 К) плазмы атмосферного давления пластиной с буферным слоем. Длительность разового воздействия плазмы выбирают в диапазоне 0,01-0,1 секунды. Плотность теплового потока на границе плазма - поверхность выбирают в пределах 106-108 Вт/м2. При использовании в качестве буферного слоя оксидной пленки плазменный поток формируется кислородсодержащей смесью газа. Согласно данному техническому решению буферный слой подвергается комплексному воздействию: тепловым потоком высокой плотности со стороны плазмы ( 106 Вт/м2); потоком электронов с энергией менее 1 эВ; потоком тяжелых части плазмы с энергией 0,1 эВ и потоком электромагнитного излучения (v10 эВ). Эти воздействия обеспечивают низкотемпературную нетепловую модификацию пленок буферного слоя за время воздействия менее одной секунды. Отсутствие высокоэнергетических частиц обеспечивает формирование совершенной кристаллической структуры на поверхности и в приповерхностном слое буферной пленки, что позволяет приблизить свойства буферных слоев к свойствам монокристаллических пластин соответствующих материалов. Обеспечивается согласование кристаллических структур ВТСП пленки и буферного слоя. В сочетании с очисткой поверхности от адсорбированных слоев это создает условия для формирования вышележащих ВТСП пленок более высокого качества по сравнению с ВТСП пленками, нанесенными на необработанные буферные слои. Импульсное воздействие высокоэнтальпийного плазменного потока обеспечивает релаксацию механических напряжений в структуре подложка-пленка без механических нарушений ее.

Пример 1. На пластины монокристаллического кремния с ориентацией поверхности (100) марки КДБ-10, диаметром 86 мм. после стандартной жидкостной химической очистки в одном технологическом процессе электронно-лучевым испарением мишени диоксида циркония наносят буферный слой толщиной 0,1-0,3 мкм. Часть пластин с нанесенным буферным слоем подвергается воздействию потока высоко- энтальпийной низкотемпературной плазмы атмосферного давления. Длительность разового воздействия потока плазмы на буферный слой выбирают в диапазоне 001-0.1 секунды. Плотность теплового потока на границе плазма - поверхность находится в пределах 106-107 Вт/м2. На пластины с обработанным ъ. необработанным буферным слоем в одном технологическом процессе магнетронным распылением составной металлической мишени нанесены пленки YBaCuO (0,2-1 мкм). После нанесения пленки отжигались в кислороде при давлении 10 Па. при температуре 800-900°С-в течении 10-10 секунд с последующим охлаждением со скоростью 1-10°С/мин. YBaCuO пленки на пластинах кремния с буферным слоем, модифицированным в плазме, имели зеркальный блеск, Тс (R 0) 83-87 К и плотность критического тока (3 + 1) Ю5 А/см2 при 77 К. Для ВТСП пленок на буферном слое, не обработанном в плазме,

получены Тс (R 0) 80 К и Jc Ю3 А/см2 при 77 К и дендритная морфология поверхности.

Пример 2. Режимы обработки и нанесения буферного слоя и ВТСП пленок

аналогичны примеру 1 за исключением того, что в качестве подложки использовалась пластина монокристаллического сапфира.

YBaCuO пленки толщиной 0,07-0,1 мкм на пластинах сапфира с буферным слоем

оксида циркония, модифицированным в плазме, имели Тс (R 0) 86-90 К плотность критического тока Ю4 А/см2 при 77 К и поверхностное сопротивление 15 Ом/г при 300 К. Для ВТСП пленок на буферном слое,

не обработанном в плазме, получены Тс 4,2 К и поверхностное сопротивление при 300 К больше 100 Ом/л.

Формула изобретения

1. Способ формирования тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на основе иттрия, включающий нанесение и модификацию буферного слоя, на пластину, нанесение и формирование в.ысокотемпературной сверхпроводящей пленки, отличающийся тем, что, с целью повышения плотности критического тока, уменьшения ширины перехода ДТС, модификацию буферного слоя проводят путем пересечения

потока высокоэнтальпийной низкотемпературной плазмы атмосферного давления пластиной с нанесенным на нее буферным слоем, причем длительность разового воздействия плазмы 0,01-0,1 с, плотность теплового потока на границе плазма - поверхность 1 1U6-5 107 Вт/м2.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что в качестве буферного слоя используют оксидные пленки, а поток высокоэнтальпийной низкотемпературной плазмы формируют из кислородсодержащей смеси газа.

Изобретение относится к сверхпроводящей микроэлектронике. Сущность изобретения: на пластину наносят буферный и сверхпроводящий слой. Для модификации буферного слоя используют высокоэнталь- пийную, низкотемпературную плазму, длительность разового воздействия плазмы 0,01-0,1 с плотностью теплового потока на границе плазма - поверхность 106-107 Вт/м2. При использовании в качестве буферных слоев оксидные пленки поток высо- коэнтальпийной низкотемпературной плазмы формируют из кислородсодержащей смеси газов. 7 з.п.ф-лы.