Способ выращивания монокристаллов высокотемпературного сверхпроводника в @ s @ с @ с @ о @

 

Использование; в электронике и приборостроении . Сущность: способ включает предварительный синтез соединения и его перекристаллизацию путем охлаждения в тепловом поле с вертикальным температурным градиентом, превышающим 20 г рад/см, со скоростью не более 1,5 град/ч. Затем ведут отжиг при 800-840°С в воздушной атмосфере. Получены кристаллы размером 20x5x1 мм3.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I (21) 4812273/26 (22) 10.04,90 (46) 30.10.92. Бюл. N. 40 (71) Научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете (72) Ю.С.Булышев, Ю.В.Парфенов, С.B.Серых и А.Г.Шнейдер (56) Marttn S. et at//Рйуэ. Rev. tett., 1988, vof.

60, и 21, р. 2194.

Балбашов А.M. и др. Направленная кри. сталлизация и свойства соединения

BlzSrzCaCuz0a. — Сверхпроводимость: физика, химия, технология, 1989, т.2, М 1, с. 57.

Изобретение относится к технологии получения высокотемпературных сверхпроводящих материалов, а именно- к способам выращивания монокристаллов сверхпроводников и может быть использовано в электронике и приборостроении.

Известны способы получения монокристаллов BtzSzCaCuzOe из. расплава (1j.

Вследствие инкон груэнтности плавления многокомпонентных оксидов для выращивания кристаллов используют, как правило, раствор-расплавный метод, Наилучшие по своим физическим .свойствам кристаллы, обладающие максимальной анизотропией физических характеристик (удельного сопротивления, критической плотности тока и др.), получены иэ растворов в расплаве KCI и Си0. Однако их размеры невелики, толщина кристаллов по оси с обычно не превышает нескольких микрон.

Ближайшим аналогом является способ получения кристаллов BbSnCaCuzOe направленной кристаллизацией (методом зон.„.. Ж,„, l 772222 А1 (я)л С 30 В 9/12, 29/22

2 (54) СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО

СВЕРХПРОВОДНИКА BizSUCaCuzOa (57) Использование: в электронике и приборостроении. Сущность: способ включает предварительный синтез соединения и его перекристаллизацию путем охлаждения в тепловом поле с вертикальным температурным градиентом, превышающим

2 0 г р а д /см, со скоростью не более 1,5 град/ч. Затем ведут отжиг при 800-840 С в воздушной атмосфере, Получены кристаллы размером 20х5х1 мм . ной плавки). Способ включает создание плавающей зоны расплава с плоским фронтом кристаллизации. При использовании этого способа получают ориентированные кристаллические блоки сравнительно крупных размеров, из которых выкалывают отдельные монокристаллы.

Недостатком способа является невозможность варьирования в широких преде- Ь Э лах условий синтеза; скорости роста и Я температурного градиента, В результате, как правило, не удается достичь квазирав- (Я навесных условий роста, необходимых для получения крупных кристаллов высокого структурного совершенства со значительной анизотропией физических свойств.

Целью изобретения является повышение размеров монокристаллов, Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе выращивания монокристаллов высокотемпературного сверхпроводника BtzSzCaCuzOa, включающем предварительный синтез соединения, его (В1Г$г:Са:Cu=2:2:1:2) возможно использование также смесей с избытком В120з или Си0.

Приготовленный таким образом расплав помещают в вертикальну«а цилиндрическу«о печь, выдержива«от 30-60 мин при

940-950 С, затем охлаждают до 850 С в тепловом поле с градиентом, превышающим

20 град/см, со скорость«о не более 1,5 град/ч и далее до комнатной температуры

0 со с ко рость ю 150-200 град/ч. В резул ьтате получа«от вертикально ориентированные поликристаллические слитки, иэ которых легко. выкалываются пластинчатые монокристаллы размерами до 20х5х0,1 мм По

Ь данным микрарентгеноспектрального и рентгеноструктурнога анализа кристаллы имеют химический состав и структуру, характерные для высокотемпературного сверхпроводящего материала

Б I2$ Г С аС)с«20в, В пс лученных таким способом монокристаллах;осле дополнительного отжига в течение нескольких часов при 800-840 С критическая температура, измеренная по середине резистивного перехода четырехконтактным методом, составляет 87-89 K.

Кристаллы обладают сильной анизотропией удельного сопротивления р и крити,вской плотности тока 1, измеренных в )лоскости аб rристалла (11 (и вдоль оси с Щ:

РЬ /311 ДОСТ«с«гаЕТ 10 ВбЛИЗИ ТС, а 1 „/Ig ) РЗ при 77 К, с ,ЧЛЯ «ЭГ)Н:«НИЯ 0 ГМЕТИМ, ЧТО В КГИОТс)Л лах, полученных методом зонной пт«г :,и, СТЕПЕНЬ аНИЭОГРаПИИ фИЗИ-ЕСКИХ ХBP; :reРИСтИК З)«аЧИТЕЛЬ««.:: « .ИжЕ, HBГ«л)«Л: «ЕР, ) «;

:ДЕЛЬНОГО СОПРОтИВЛЕНИс! Î IB НЕ Г«РЕВЫШавт л/ О Г! - Я О О

П р и м с-: p 1. Готовят смесь 51,2 г В120з, "9,5 r SrCO::; 8 г СаСОз и i 6 г СО0, соответ .твующу;о оставу 2,2;2:0,8:2 по катионам л

В1, з", CB Li CU, и в тиГле из А1203 выдержива«от в муфельнои печи при 800 С в течение

6 . Затем смесь доводят до плавления и через 2 ч Зхлажда от с печью до комнатной темп а « i I« I. Приготовленную таким образом ш .хту помещают в вертикальную ци:.;:...,рическую печь, выдержлвают 60 мин .;ри 950 С, "-атем охлажда«от до 850 С в теп; овом поле с градиентом 40 град/см со скоростью 1 град/ч и далее до комнатной температуры со скоростью 200 град!ч, Из полученного слитка Рыкалывают пластинчатые монокристаллы. Максимальные размеры кристаллов достига)от 20;:5x0,1 мм .

Дополнительный отжиг. проводят при 830 С в,ечсние 4 ч, Выращенные таким спосоаом монокристаллы име«от температуру перехода в сверхпровадягдее сас-0»Н 87-89 К перекристаллизацию путем охлаждения расплава в неоднородном тепловом поле и последующий отжиг, процесс охлаждения ведут в тепловом поле с вертикальным температурным градиентом. превь«ша«агцим 20 5 град/см, со скоростью не более 1,5 градlч, а отжиг проводят при 800-840"С в воздушной атмосфере.

Указанный верхний предел скорости охлаждения расплава связан о тем, что при 1 скоростях более 1,5 град/ч значительна ухудшается качество кристаллов и сни>кается степень анизотропии электрических сволств, Нижний предел скорости охлаждения несущественен, т,к. чем медленнее про- 1 исходит охлаждение, тсм совершеннее к13исталлы. «тот предел определяется лишь возмаж««остями тарморегулиру«ощей аппаратуры, а также необходимой длительностью процесса выращивания кристаллов, 20

Указанные пределы для тем«)ературы дополнительнога отжигэ обусловлены тем, что если отжиг проводить прл Т<800 С, та не достигается необходимое содержание кислорода в образце и, соответственно, ега 25 электрофизические свойства ««е явл".þòñÿ оптимальными. При Т»340 С может происХОДИТЬ с«аСТИс!«IОЕ ГУ«аВЛЕНИЕ I:РистсЛЛ«)ОВ В процессе отжига, что нежелательно, Указанная ни>княя граница вел>Г!«!««ы .,О

ТЕМ))Г )аТУ«.)«)0: 0 Г .) 1,:,,.Твл)«) а С . /С««0«)i)PI.IB тем, чта пои Г paдиен Гэх, " )еi! Ьш« iх 0

ГР3Д/СМ, l 0 IIÄBО oя ВЬ);-ЭСТИ I Ь KPI)IÑÒBËË bl С размерами, и")евышающими ЗхЗх0,01 мм".

: .Г)0)«ьзаг)ь)«ие ОГ«ределе«!НОГО тРмт«е-,> .5

PBT)))I3 I0r0 r I3B,Ã "«ента шиРО«) .0 rIPIII")еняетс)! i! технологии в ращива«): .) Iкрлсталлав, Выбор оптимал-foàro Диапазона темпера! :с\ ) наго гради -;та с предлагаемой совокупность",.«признаков позволяет д.;:«О стичь нового, заранее Hp(чевид огo оезу: . ) тата, а именна -- получения крупных .: сов .ршенных крис-аллов сысокотомпеоэl турного «ьерхпров ),««ика IIJSIQCBCUgQQ. 0 высоком совершенстве пог«чченн««x к«)и" 4 с ) аллов св!".ДР" ельствует сильHBII ан !Эот:;" Г«ИЯ ИХ фИЗИЧс",СКИХ СВОИСТВ, В ЧаСТНОСТИ, удельного сопротивле:«ия и критической плотности тока, Способ асуществляетс с,.о ., сщ!««: о:. - :-,О разом.

1-1а ПРре«пм этапе проводят Г)редвари тРльный синтез ..Оединения, Д«)я этоГО тщаельно гомогенизирован

ЬГСОз, E.BCÎ.; и Со0 в тигле из окиси ал««0 55 миния выдержива«от в течение- нескольких часов при 800 С, затем доводят ее да «лаь.ления и через 23-3 ч медленна .;ла:кдают да комнатной температуры, При этом наряду са смесями стехиометрическога состава

1772222

Составитель Ю. Булышев

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор O. Кравцова

Редактор

Заказ 3817 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 показатель анизотропии удельного сопротивления, измеренного вблизи точки перехода, 10 -10; показатель анизотропии критической плотности тока при 77 К около

103

Пример 2. Кристаллы выращивают так же, как и в примере 1, за исключением того, что охлаждение проводят в тепловом поле с градиентом 20 град/см, При этом максимальные размеры кристаллов 10х5х0,05 ммз, а их физические свойства близки к описанным в предыдущем примере.

Пример 3. Кристаллы выращиваюттак же, как и в примере 1. за исключением того, что охлаждение проводят со скоростью

1,5 град/ч. При этом максимальные размеры кристаллов 15х5х0,1 мм, а их физические свойства близки к описанным в предыдущих примерах.

Пример 4. Кристаллы выращиваюттак же, как и в примере 1, а дополнительный отжиг проводят при температуре 800 С. При этом физические свойства аналогичны приведенным в примере 1, Пример 5, Кристаллы выращиваюттак же, как и в примере 1, а дополнительный отжиг проводят при температуре 840 С. При этом физические свойства аналогичны приведенным в примере 1, Таким образом, по сравнению с прото5 типом предлагаемый способ позволяет выращивать более круные пластинчатые монокристалпы BI2SrzCaCuzOQg обладающие сильной анизотропией физических свойств, в частности удельного сопротивле10 ния и критической плотности тока.

Формула изобретения

Способ выращивания монокристаплов высокбтемпературного сверхпроводника

15 В!гЯг2СаСщОв, включающий предварительный синтез соединения, его перекристаллиэацию путем охлаждения расплава в неоднородном тепловом поле и последующий отжиг, отличающийся тем. что, с

20 целью увеличения размеров монокристаллов, охлаждение ведут в. тепловом поле с вертикальным температурным градиентом, превышающим 20 град/см, со скоростью не более 1,5 град/ч, а отжиг ведут при 80025 840 С в воздушной атмосфере.