Способ формирования тонкой высокотемпературной сверхпроводящей пленки на основе иттрия

 

Изобретение относится к сверхпроводящей микроэлектронике. Сущность изобретения: на пластину наносят буферный и сверхпроводящий слой. Для модификации буферного слоя используют высокоэнтальпийную, 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 высокоэнтальпийной низкотемпературной плазмы формируют из кислородсодержащей смеси газов. 7 з.п.ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 01 L 39/12, 39/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) В И@а @ фЯЩ " -": >

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4844456/25 (22) 03.07.90 (46) 23.06.93. Бюл. М 23 (71) Инженерный центр "Плаэмодинамика" при Московском институте электронной техники (72).Г.Я. Павлов, И.В. Князев, П,П. Кулик, Н.С. Самсонов, В.И. Махов и Ю.Н. Инкин (73) Инженерный центр "Плаэмодинамика" (56) М. Futamoto, У. Honda// Jap. J. Appl., р.

2, ч. 24 (1), рр. 1 73-L76. 1988.

J.W. Lee, Т.Е. Scheslngen et al// J. Apph

Phys. ч. 64 (11), рр. 6502-6504, 1988.

Изобретение относится к сверхпроводниковой микроэлектронике, а именно к способам формирования тонких высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) пленок на основе иттрия.

Известен способ формирования ВТСП пленок, заключающийся в нанесении пленок стехиометрического состава на монокристаллические пластины металлооксидов (ЯГТ!Оз, 2г02, MgO и др.) и их термическом отжиги при температуре 1100-1400 К в течение 10 -10 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 пленок буферного слоя ЕГОг. его обработке и нанесении и формировании ВТСП пленок.

Однако у этого метода имеются существенЮ

Я 1823932 АЗ (54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТОНКОЙ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕ РХПРОВОДЯЩЕЙ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ИТТРИЯ (57) Изобретение относится к сверхпроводящей микроэлектронике. Сущность изобретения: на пластину наносят буферный и сверхпроводящий слой. Для модификации буферного слоя используют высокоэнтальпийную, низкотемпературную плазму, длительность разового воздействия плазмы

0,01-0,1 с плотностью теплового потока на границе "плазма — поверхность" 10 -10

Вт/м . При использовании в качестве буферных слоев оксидные пленки поток высокоэнтальпийной ниэкотемпературной плазмы формируют иэ кислородсодержа цей смеси газов. 7 з.п.ф-лы. ные недостатки, так пленка 2Г02 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 ЛТ,, 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 высокознтальпийной (10 Дж/кг) ниэкотемпературной (< 10 К) плазмы GTMoc1823932

55 ферного 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 10 -10 Br/м . 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 (> 10 Вт/м ); потоком электронов с энергией менее 1 эВ; потоком тяжелых части плазмы с энергией 0,1 эВ и потоком электромагнитного излучения (10 эВ). Эти воздействия обеспечивают низкотемпературную нетепловую модификацию пленок буферного слоя эа 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 адсорби рован ных 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 электоонно-лучевым испарением мишени диоксида циркония наносят буферный слой толщиной 0,1-0,3 мкм. Часть пластин с нанесенным буферным слоем подвергается воздействию потока высокоэнтальпийной низкотемпературной плазмы атмосферного давления. Длительность разового воздействия потока плазмы на буферный слой выбирают в диапазоне 0 01-0,1 секунды. Плотность теплового потока на границе "плазма — поверхность" находится в пределах 10 -10 Вт/м . На пластины с

6 7 2 обработанным и необработанным буферным слоем в одном технологическом процессе магнетронным распылением составной металлической мишени нанесены пленки УВаСиО (0,2-1 мкм). После нанесения пленки отжигались в кислороде при давлении 1О Па, пои температуре 800-900 С-в течении 10 — 10 секунд с последующим охэ лаждением со скоростью 1 — 10 С/мин.

УВаСиО пленки на пластинах кремния с буферным слоем, модифицированным в плазме, имели зеркальный блеск, Т (R = О) =

=-83 — 87 К и плотность критического тока (3

+1)10 А/см при77 К.Для ВТСП пленок на буферном слое, не обработанном в плазме получены Tc (R = О) = 80 К и Jc 10 А/см 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.

УВаСиО пленки толщиной 0,07-0,1 мкм на пластинах сапфира с буферным слоем оксида циркония, модифицированным в плазме, имели Tc (R = О) = 86 — 90 К плотность критического тока 10 А/см при 77 К и

4 поверхностное сопротивление 15 Ом/р при

300 К. Для ВТСП пленок на буферном слое, не обработанном в плазме, получены Tc <

<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 высокотемпературной сверхпроводящей пленки, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения плотности критического. тока, уменьшения ширины перехода hTc, 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 10 — 5 10 Вт/м .

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