Способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников

 

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 кристаллизации 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.флы, 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 30 В 11/02, 29/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4810350/26 (22) 04.04.90 (46) 15.05.92. Бюл, М 18 (71) Институт структурной макрокийетики

АН СССР (72)"А.С.Штейнберг, В.А.Радучев и В,В.Денисевич (53) 621,315.592 (088.8) (56) Козеева Л,П. и др, Выращивание и исследование кристаллов УВа2СизОх.—

Расширенные тезисы 7-й Всесоюзной конференции по росту кристаллов. M,: 1988, т. II, с. 406.

Александров В.И. и др. Синтез и выращИВаНИЕ МОНОКрИСтаЛЛОВ УВа2СИЗ06,Б+х ИЗ расплава и использование метода прямого высокочастотного нагрева в холодном контейнере. — Расширенные тезисы 7-й Всесоюзной конференции по росту кристаллов.

M., 1988, т, !, с. 378-379, Мелех Б.Т, и др. Получение из расплава поли- и монокристаллов соединений ! пВа2Сиз07-6 (Ln — У, Sm, Gd, Но, Оу, Ег).—

Расширенные тезисы 7-й Всесоюзной конференции по росту кристаллов. М.; 1988, т, II, с. 416, Изобретение относится к получению монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников ВТСП, которые могут быть использованы в микроэлектронике и технике низких температур;.Известен способ получения монокристаллов высокотемпературных сверхпроводников, в частности УВа2СизОх, включающий плавление исходного вещества в тигле и кристаллизацию расплава.

Ä., Û2„„1733515 Al (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ

СВЕРХПРОВОДНИКОВ (57) 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-Са-СиОС одинаковой температуры перехода T — Tc в сверхпроводящее состояние, а также увеличение однородности кристаллов и Т, 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 кристаллизации 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 ф,. 1 з.п.флы, 1 табл,. 3 ил. (л

Недостатками этого способа являются загрязнение получаемых кристаллов материалом тигля и получение монокристаллов с различными температурами перехода в сверхпроводящее состояние.

Известен способ получения монокристаллов УВа2Сиз06.5+х. включающий прямое индукционное плавление исходной шихты в холодном тигле и. направленную кристаллизацию расплава со скоростью 1-3 мм/ч.

1733515 йе происходит и именно на этом участке осу-. ществляют перемещение тигля со скоро- 55 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 усНедостатками данного способа являются получение монокристаллов лишь в системе Y-Ва-Си-0 и невозможность получения монокристаллов с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

Известен способ получения монокристаллов I пВагСизОт-5, где Ln -Y,Sm,Gd,Dy, Но,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-О.

Целью изобретения является получение монокристаллов в системе Bi-Sr-Са-Си-0 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, 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, 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 веще ство стартового нагрева нагревается, плавится, расплавляется и шихта в тигле (область 1), затем процесс стабилизируется (область It), после чего для уменьшения перегрева расплава снижают напряжение на индукторе и выдерживают некоторое время в стационарном режиме — стадия гомогени. зации расплава (область Ill) и лишь затем осуществляют направленную кристаллиэацию. расплава. (область IV) перемещением тигля относительно индуктора.

На участке IV а изменения напряжения

50 ловия получения кристаллов высокотемпературных сверхпроводников в системе BiSr-Ca-Си-0 с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

Использование скоростей свыше 5 мм/ч ухудшает условия гомогениэации 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 сопротивлении, 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 использовайии 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 Т на 812 С, при этом для кристаллов, имевших одинаковую Т, Т 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

В!2$г2СаСи20з-< 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 порошкообраэного вещества в тигле. Формируется ванна расплава. Процесс стабилизируется. Для уменьшения перегрева расплава снижают

1733515

Т для кристаллов после насыщения кислородом, К

Температура перехода в сверхпроводящее состояние

Т для кристаллов К

Количество кристаллов иэ серии в 10 штук с одинаковой

Т, шт.

Скорость и еремещения тигля после кристаллизации расплава

Чэ, MM/÷

Рабочая скорость перемещения тигля

Ч2, мм/s

Начальная скорость перемещения тигля I/>, мм/ч

Воспроизводимость

СВОЙСТВ кристалЛОВ ПО Тс, /о

2х1,5х0,02

1х1х0,02

1,5х1,5х0,02

2х l,5х0,02

Зх1,5х0,05

4х2х0,05

4х2х0,05

67

66

63

81

78

78

72

100

2

9

0,5

1,5

0,5

0,1

0,05.

0,01

5

1

1

5

3 напряжение на индукторе до 0,6 кВ и после установления стационарного режима (зна. чение Ц постоянно) выдерживают его в течение 1.5 — 2 ч, Затем включают перемещение тигля со скоростью 2 мм/ч и через 2,5 ч 5 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 покрученного тексту- 10 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- 15 тактным методом на постоянном токе исследуют температурные зависимости от относительного сопротивления R{T)/Rzgg, Иэ этих монокристаллов 7 монокристаллов имеют температуру перехода в сверхпрово- 20 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- 25 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, 30

3), Другие конкретные. примеры способа представлены в таблице с указанием режимов.

Использование предлагаемого способа 35 получения монокристаллов ВТСП обеспечивает получение монокристаллов ВТСП в системе Bi-Sr-Ca-Си-0; а также получение монокристаллов с одинаковой температурой перехода в сверхпроводящее состояние.

Получение монокристаллов ВТСП в системе Bi-Sr-Ca-Си-0 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, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью получения монокристаллов в системе Bl-Sr-Са-Си-0 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 и. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения однородности кристаллов и температуры перехода в сверхпроводящее состояние, кристаллы отжигают в среде кислорбда при 300-550 С.

1733515

9Ьг 2

1733515 г/б/я

Составитель В.Безбородова

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор Е.Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 г

Заказ 1642 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5