RU2606940C1 - Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник - Google Patents
Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник Download PDFInfo
- Publication number
- RU2606940C1 RU2606940C1 RU2015145820A RU2015145820A RU2606940C1 RU 2606940 C1 RU2606940 C1 RU 2606940C1 RU 2015145820 A RU2015145820 A RU 2015145820A RU 2015145820 A RU2015145820 A RU 2015145820A RU 2606940 C1 RU2606940 C1 RU 2606940C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature superconductor
- htsc
- dielectric
- layer
- superconductor
- Prior art date
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 239000012212 insulator Substances 0.000 title abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 241000954177 Bangana ariza Species 0.000 claims description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 3
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/01—Manufacture or treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
Использование: для создания структур высокотемпературный сверхпроводник – диэлектрик – высокотемпературный сверхпроводник. Сущность изобретения заключается в том, что на слой высокотемпературного сверхпроводника 123-типа направляют поток атомных частиц, в качестве высокотемпературного сверхпроводника берут сверхпроводник состава REBa2Cu3O7, где RE - редкоземельный металл или иттрий. Технический результат: обеспечение возможности формирования слоев без дополнительного напыления ВТСП, что удешевляет производство и уменьшает вероятность разрушения изделия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области получения сверхпроводящих материалов и изделий из них, в частности к способам получения изделий из высокотемпературных сверхпроводящих материалов (ВТСП) 123-типа: ReBa2Cu3O7, где Re редкоземельный металл или иттрий, и может быть использовано для создания различного рода датчиков и счетчиков в сверхбыстродействующих электронных устройствах, криоэлектронных приборах, детекторов СВЧ и др.
Известен способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник методом магнитронного напыления диэлектрика на сверхпроводящий слой ВТСП с последующим напылением на него другого слоя ВТСП [Журнал технической физики, 2014, том 84, вып. 10, с. 68-72.]
Недостатком способа является необходимость напылять слои диэлектрика и ВТСП, что удорожает производство. Кроме того, из-за разницы коэффициентов линейного расширения диэлектрика и ВТСП при циклах охлаждение - нагрев происходит быстрое разрушение изделий.
Известен также способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник методом лазерного напыления [Метод лазерного напыления в синтезе ВТСП пленок / М.Р. Предтеченский, 46 с. ил. 20 см, Новосибирск, ИТФ, 1990.]
Недостатком способа является необходимость напылять слои диэлектрика и ВТСП, что удорожает производство. Кроме того, из-за разницы коэффициентов линейного расширения диэлектрика и ВТСП при циклах охлаждение - нагрев происходит быстрое разрушение изделий. Наиболее близким способом является способ, по которому на слой ВТСП 123-типа DyBa2Cu3O7 направляют поток ионов аргона с энергией, необходимой для их проникновения в материал на глубину, равную требуемой толщине диэлектрика.
При таком способе ионы аргона аморфизируют ВТСП 123-типа DyBa2Cu3O7, при этом происходит необратимое разрушение сверхпроводящего соединения и превращение его в диэлектрик с базовым химическим составом, описываемым формулой 0,5Dy2O3+2BaO2+1,5CuO2. [Способ получения структуры металл/диэлектрик/высокотемпературный сверхпроводник. Патент RU 2156016].
Недостатком способа является необходимость напылять на слой такого диэлектрика слой ВТСП, что удорожает производство. Кроме того, созданные таким способом слои ВТСП и диэлектрика имеют разные коэффициенты термического расширения, что приводит к разрушению созданной структуры при циклах охлаждение - нагрев.
Задачей изобретения является получение структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник без использования операций напыления диэлектрического слоя и слоя ВТСП, т.е. создание другого способа образования слоев.
Техническим результатом данного решения является создание способа формирования слоев без дополнительного напыления ВТСП, позволяющего упростить технологию, что удешевляет производство и уменьшает вероятность разрушения изделия, улучшает совместимость слоев при циклах охлаждение - нагрев за счет уменьшения разницы в коэффициентах линейного расширения диэлектрика и ВТСП.
Технический результат достигается тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника берут сверхпроводник состава REBa2Cu3O7, где RE - редкоземельный металл или иттрий. В качестве атомных частиц используют ионы водорода с энергией, необходимой для проникновения в сверхпроводник на суммарную глубину диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник, проводят формирование ими слоя диэлектрика. Затем на сформированный слой диэлектрика направляют поток ионов кислорода с энергией, необходимой для их проникновения на глубину слоя ВТСП, проводят формирование ими слоя ВТСП.
Согласно изобретению слой ВТСП ReBa2Cu3O7, где Re редкоземельный металл или иттрий, в виде тонкой пленки на подложке из монокристалла либо поликристалла помещают в вакуумную камеру, после чего напускают в нее водород, поддерживая давление ~2⋅10-1 Па. Затем производится ионизация водорода в камере.
Ионизация водорода в камере производится, например, при помощи ионной пушки с напряжением от +500 до +4000 вольт. При этом ВТСП подвергается воздействию ионов водорода, время облучения составляет от пяти минут до двух часов, в зависимости от необходимой глубины обработки. При этом образуется диэлектрический слой состава ReBa2Cu3Oy (y от 6,5 до 6,0).
Коэффициент термического линейного расширения такого диэлектрика практически совпадает с коэффициентом термического линейного расширения исходного ВТСП, т.к. не происходит разрушения сверхпроводящего соединения на отдельные компоненты. Изменяется только тип кристаллической решетки, тогда как параметры решетки меняются незначительно, что обуславливает практически неизменные механические свойства, в том числе коэффициент термического линейного расширения. Однако изменение типа кристаллической решетки приводит к существенному изменению электрических свойств соединения от сверхпроводника к диэлектрику.
Сформированный диэлектрический слой легко может быть обратимо переведен в исходный сверхпроводник, что позволяет формировать на нем необходимый слой ВТСП. Для этого слой диэлектрика обрабатывается ионами кислорода на требуемую глубину при ускоряющем напряжении от 500 до 2000 В от 1 мин до 2-х час.
Пример. Пленку ВТСП 123 типа состава YBa2Cu3O7 подвергали воздействию ионов водорода при ускоряющем напряжении 1500 В в течение 25 минут. При этом был сформирован слой диэлектрика толщиной порядка 20 микрон.
На фиг. 1 приведены фрагменты дифрактограмм соединения 123, снятые на отфильтрованном Cu Kα-излучении: а) ромбическая решетка (исходное соединение); б) тетрагональная решетка (после облучения ионами водорода).
В результате воздействия ионов водорода на ВТСП происходило изменение его решетки от ромбической к тетрагональной. Такое изменение типа решетки характерно для случая уменьшения содержания кислорода в соединении YBa2Cu3Oy («y» меняется от 7 до 6), что и приводит к изменению электрических свойств от сверхпроводящих к диэлектрическим [Грабой И.Э., Кауль А.Р., Метлин Ю.Г. Химия и технология высокотемпертурных сверпроводников. «Химия твердого тела» (Итоги науки и техники ВНИТИ АН СССР), 1988, 6, с. 3-142].
Важно, что в данном случае соединение YBa2Cu3O7 не распадается на более простые соединения, а только восстанавливается до YBa2Cu3O6. Затем слой такого диэлектрика подвергли воздействию ионами кислорода при ускоряющим напряжении 1000 В в течение 10 минут. При этом ионы кислорода окислили YBa2Cu3O6 до YBa2Cu3O7 на глубину порядка 5 мкм. Таким образом на слое диэлектрика был сформирован слой ВТСП.
Claims (3)
1. Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник, по которому на слой высокотемпературного сверхпроводника 123-типа направляют поток атомных частиц, отличающийся тем, что в качестве высокотемпературного сверхпроводника берут сверхпроводник состава REBa2Cu3O7, где RE - редкоземельный металл или иттрий.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве атомных частиц используют ионы водорода с энергией, необходимой для проникновения в сверхпроводник на суммарную глубину диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник, проводят формирование ими слоя диэлектрика.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на сформированный слой диэлектрика направляют поток ионов кислорода с энергией, необходимой для их проникновения на глубину слоя ВТСП, проводят формирование ими слоя ВТСП.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015145820A RU2606940C1 (ru) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015145820A RU2606940C1 (ru) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2606940C1 true RU2606940C1 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015145820A RU2606940C1 (ru) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2606940C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2843570C1 (ru) * | 2024-12-19 | 2025-07-16 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ синтеза крупногранульного высокотемпературного сверхпроводника |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5496799A (en) * | 1992-08-25 | 1996-03-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for making rare earth superconductive composite |
| RU2107973C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1998-03-27 | Омский государственный университет | Способ формирования многослойных структур с разными электрофизическими свойствами |
| RU2156016C1 (ru) * | 1999-01-05 | 2000-09-10 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Способ получения структуры металл/диэлектрик/высокотемпературный сверхпроводник |
| US6275716B1 (en) * | 1997-11-26 | 2001-08-14 | Arthur Tauber | High critical temperature superconductors in the system La3-ZMezBa3Ca1−vNcvCu7O16+x where Me=a rare earth or alkaline metal ion and Nc is a Mg, Cd ion |
| RU2197037C1 (ru) * | 2001-04-26 | 2003-01-20 | Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН | Способ получения наноструктуры "металл/диэлектрик/высокотемпературный сверхпроводник" |
-
2015
- 2015-10-26 RU RU2015145820A patent/RU2606940C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5496799A (en) * | 1992-08-25 | 1996-03-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for making rare earth superconductive composite |
| RU2107973C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1998-03-27 | Омский государственный университет | Способ формирования многослойных структур с разными электрофизическими свойствами |
| US6275716B1 (en) * | 1997-11-26 | 2001-08-14 | Arthur Tauber | High critical temperature superconductors in the system La3-ZMezBa3Ca1−vNcvCu7O16+x where Me=a rare earth or alkaline metal ion and Nc is a Mg, Cd ion |
| RU2156016C1 (ru) * | 1999-01-05 | 2000-09-10 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Способ получения структуры металл/диэлектрик/высокотемпературный сверхпроводник |
| RU2197037C1 (ru) * | 2001-04-26 | 2003-01-20 | Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН | Способ получения наноструктуры "металл/диэлектрик/высокотемпературный сверхпроводник" |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2843570C1 (ru) * | 2024-12-19 | 2025-07-16 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Способ синтеза крупногранульного высокотемпературного сверхпроводника |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Valente-Feliciano | Superconducting RF materials other than bulk niobium: a review | |
| Tang et al. | Enhanced pyroelectric and piezoelectric responses in W/Mn-codoped Bi4Ti3O12 Aurivillius ceramics | |
| Khansur et al. | Synchrotron x-ray microdiffraction study of residual stresses in BaTiO3 films deposited at room temperature by aerosol deposition | |
| Jong et al. | A first-principles study on the chemical stability of inorganic perovskite solid solutions Cs 1− x Rb x PbI 3 at finite temperature and pressure | |
| Kumar et al. | The role of growth atmosphere on the structural and optical quality of defect free ZnO films for strong ultraviolet emission | |
| Yang et al. | Dynamically enhanced magnetodielectric effect and magnetic-field-controlled electric relaxations in La-doped Bi Mn O 3 | |
| Lifshitz et al. | The influence of substrate temperature during ion beam deposition on the diamond-like or graphitic nature of carbon films | |
| Raghavan et al. | Effects of La-and V-doping on structural, electrical and multiferroic properties of Bi6Fe2Ti3O18 thin films | |
| Wang et al. | Room temperature multiferroic and magnetodielectric properties in Sm and Sc co-doped BiFeO3 ceramics | |
| Liu et al. | Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B | |
| Burns et al. | Sizing up (K 1− x Na x) NbO 3 films: a review of synthesis routes, properties & applications | |
| RU2606940C1 (ru) | Способ получения структуры высокотемпературный сверхпроводник - диэлектрик - высокотемпературный сверхпроводник | |
| Haindl et al. | Lessons from oxypnictide thin films | |
| Sakoda et al. | Extraordinary alternating metal-insulator transitions in CaRuO 3 ultrathin films at integer multiples of 25 Å of thickness | |
| Mukhortov et al. | Heteroepitaxial flms of a bismuth ferrite multiferroic doped with neodymium | |
| Ostos et al. | The influence of A-site rare-earth for barium substitution on the chemical structure and ferroelectric properties of BZT thin films | |
| JP2013100218A (ja) | 超電導膜の製造方法並びに該方法により得られる超電導膜及び仮焼成膜 | |
| Takahashi et al. | Growth and ferromagnetic properties of ferroelectric YbMnO3 thin films | |
| Badalyan et al. | EPR study of charge compensation of chromium centers in the strontium titanate crystal | |
| Yokota et al. | Preferential c-axis orientation and dielectric constants of thin BaTiO3 films deposited on Si wafers by a low energy ion beam assisted deposition technique | |
| Gaffar et al. | Doping‐induced‐effects on conduction mechanisms in incommensurate ammonium zinc chloride crystals | |
| Raza | Oxygen vacancy stabilized zirconia; synthesis and properties | |
| Fan et al. | Preparation and Growth of Predominantly (100)‐Oriented Ca 0.4 Sr 0.6 Bi 4 Ti 4 O 15 Thin Film by Rapid Thermal Annealing | |
| Kruzina et al. | Synthesis technology of the magnetron targets for deposition of Na0. 5Bi0. 5TiO3 films | |
| Hou et al. | Multiferroicity in ion-implanted Fe: BaTiO3 film |