автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Исследованиея свойств и химических методов высокотемпературных сверхпроводящих пленок состава YBa2Cu3O7-5 на ферримагнитных и металлических подложках

на правах рукописи

Николайчук Галина Александровна

г

V

ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ И ХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ ПЛЕНОК СОСТАВА УВа2Си307.« НА ФЕРРИМАГНИТНЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДЛОЖКАХ

Специальность: 05.17.11 — Технология керамических, силикатных

и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в НИИ "Домен"

Научный руководитель — доктор физ.- мат, наук.

• Дунаевский Сергей Михайлович.

Официальные оппоненты?

доктор технических наук, профессор Косогов Олег Валентинович.

кандидат технических наук, доцент Степаненко Евгений Константинович

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный • Технический университет.

■ £)■£>

Защита диссертации состоится "Д" 1998г в ^ часов

на заседании диссертационного совета К 063.25.06 в Санкт-Петербургском Государственном технологическом институте (Технический университет). .

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Технологического института. Отзывы в 1 экземпляре, заверенные печатью, направлять по'адресу: 198013 С.-Пб. Московский пр. д. 26, ученый совет ■ ' л. ' '.. •

Автореферат разослан Я У-Щ 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета _ Туркин И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Высокотемпературные сверхпроводящие (ВТС11) пленки состава УВа2Си307-8 на ферримагнитных подложках прздставляют собой уникальный объект в исследовании проблемы сосуществования сверхпроводимости и магнетизма, а также перспективны как базовый элемент при создании управляемых устройств спин-волновой микроэлектроники СВЧ [1]. В качестве ферримагнитных подложек используются никель-цинковые N¡0 79^0 г^егС^ и марганец-цинковые Мпо72по.зРег04 феррошпинели, иттриевые УзРезО« и иттрий-гадолиниевые Уз-цСс^Ре^О« феррофанаты. Однако наиболее перспективными являются монокристаллические пленки иттриевого феррограната Узг^Ою, эпитаксиально выращенные на гадолиний-галлиевом фанате вс1зСа50)2 ориентации (111). Для получения ВТСП-пленок толщиной от одного до сотен микрон на подложках больших геометрических размеров и различной конфигурации целесообразно применение химических методов. В литературе опубликованы результаты получения ВТСП-пленок химическими методами на диэлектрических подложках (ЭгЛОз. МдО, А1г03 и др.), полупроводниковых кремниевых подложках (БО и металлических из меди, никеля и стали [2]. При этом проблема получения сверхпроводящих пленок непосредственно на ферримагнитных подложках, обладающих структурой фаната и шпинели, без использования буферных слоев не решена. Интерес к созданию сверхпроводящих пленок на ферримагнитных подложках химическими методами и изучению условий формирования фаницы раздела в структурах сверхпровод-ник-ферримагнетик, перспективы их использования в микроэлектронике СВЧ .] определили актуальность темы диссертационной работы.

Основная цель работы состоит в выборе ффективного химического метода, разработке технологии получения ВТСП-пленок состава УВа2Сиз07-б на ферримагнитных и металлических (медь, никель, нержавеющая сталь) подложках и исследовании формирования границы раздела пленка-подложка (протяженность, элементный и фазо-

вый составы) в зависимости от технологических факторов в структурах-

сверхпроводник - феррогранат(УВа2Сиз07.я -УзРе5012); сверхпроводник - феррошпинель (УВа2Си307.г - Мпо^по.зРе^, УВа2Си307^-№ь.792по.21ре204); сверхпроводник - металл (УВа2СизС>7.з - Ре).

Основное внимание уделено созданию пленочных гетерострук-тур ВТСП-ферримагнетик УВа2Сиз07-5-УзРе50.. и исследованию взаимосвязи состояния границы раздела пленка-подложка и электрофизических параметров: температуры конца перехода в сверхпроводящее состояние (Тсн=0, К ), удельного сопротивления при комнатной температуре (р (300), ом»см) и амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) магнитостатических волн (МСВ) в СВЧ диапазоне.

научная новизна работы состоит □ следующем :

1.Установлено, что метод пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим (мгтод трафаретной печати) является эффективным химическим методом получения ВТСП-пленок состава УВа2Си307^ на ферримагнитных (феррогранатовых и феррошли-нельных) подложках.

2. Впервые разработан способ получения ВТСП-пленок состава УВа2Си307^ на подложках из поликристаллического иттрий-гадоли-

' ниевого феррограната Уз-«Сс1хРе5012 и монокристаллического ит-триевого феррограната УзРебО« ориентации (110) (пиролиз суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим).

3. Впервые получены пленочные гегэроструктуры сверхпроводник-ферримагнетик, представляющие собой ВТСП-пленку состава УВа-СизО?^, нанесенную методом пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим на пленку иттриевого феррогра-натаУзРе501г, .эпитаксиально выращенную на гадолиний-галлиевом гранате СсЬ0а5012 ориентации (1">1).

4. Впервые проведены исследования влияния технологических факторов на формирование границы раздела в структурах: сверхпроводник—металл (Ре); сверхпроводник — феррошпинель (Мпо72позРвг04, МЬ.гагпо.ггРегО^);

сверхчроводник-феррогранат (УзРе^Ои).

Показана возможность управления протяженностью границы раздела пленка-подложка концентрацией серебра 'Ад), введенного в пленку ВТСП. Установлена корреляция содержания серебра в ВТСП-пленке с электрофизическими параметрами (ТсК=0,К и р (300) ) и амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ) магнитостатических волн (МСВ) в СВЧ-диапазоне пленочных гетероструктур ВТСП-ферримагнетик. .

5. Разработан метод модифицирования поликристаллической структуры поверхностного слоя пленш иттриевого феррограната (УзРв5012) в монокристаллическуга, используя ионную имплантацию в сочетании с термообработкой: Установлено влияние структуры поверхностного слоя подложки (пл§нкаУзЯе5012) на электрофизические и микроволновые свойства пленочных гетероструктур ВТСП — ферримагнетик.

•

Научные положения, выносимые на защиту: •

1. Необходимым условием получения ВТСП-плено к состава УВа2Сиз07.8 методом пиролиза ВТСП-порошка с органическим связующим при кратковременном режиме термообработки является применение тонкодисперсного, гомогенного по составу и активного к спеканию ВТСП-порошка, синтезированного из раствора нитратов иттрия, бария и меди в присутствии полимера (поливиниловый спирт)

2.Ввиду сильного диффузионного взаимодействия ферримагнитной подложки и ВТСП-пленки на границе раздела в гетероструктурах при высокотемпературном обжиге разработаны режимы термообработки, соответствующие химической активности материала ферримагнитной подложки. По химической активности к УВагСизОы материалы подложек располагаются следующим обра.

У3Ре50,2 < Мп-гп ф^ррошпинель < феррошчинель.

3.Состоянием границ!-' раздела пленка-подложка (протяженность, элементный и фазовый составы) в гетчроструктурах сверуспроводник-ферримагнатик можно управлять режимом термообработки, модифи-

кацией структуры поверхностного слоя подложки и введением серебра различной концентрации в ВТСП-пленку. 4.По кривым распределения интенсивности рентгеновского излучения элементов, входящих в состав сверхпроводящей пленки и фео-римагнитной подложки установлена оптимальная концентрация серебра, вводимого в ВТСП-пленку, равная 30масс.% сверх стехио-метрического состава, при которой наблюдается минимальная глубина проникновения железа из подложки в пленку. Наблюдается корреляция содержания серебра в ВТСП-лленке с электрофизическими параметрами ТСР=0,К и р(300) и амплитудно-частотными характеристиками магнитостатических волн в СВЧ диапазоне.

Практическая ценность работы:

Разработан способ (патент №2030817) и получены ВТСП-пенки на феррогранатовых и феррошпинельных подложках с критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние Тск"° > 77 К. Впервые, на основе разработанного метода созданы пленочные гетероструктуры ВТСП-ферримагнетик и проведены их исследования в СВЧ - диапазоне в интервале частот 2 + 5 Ггц при 77К. Показано влияние сверхпроводящих свойств ВТСП-пленки и состояния границы раздела пленка-подложка на амплитудно-частотные характеристики магнитостатических спиновых волн. Пленочные гетеро-структуры ВТСП-ферримагнетик являются базовым элементом при создании устройств слин-волноаой СВЧ-микроэлектроники.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались на научно-технической конференции "Перспективные материалы твердотельной электроники* (1990г., Минск); Всесоюзном семинаре магнитоэлектроники (1991г., Симферополь); ХШ-м Всесоюзном семинаре "Новые магнитные материалы магнитоэлектроники" (1992г., Астрахань); конференции "Оксидные магнитные материалы" (1992 г., Санкт-Петербург); 1У-м Межрегиональном совещании "Тонкие пленки в электронике" (1093г.; Москва — Улан-Удэ); \/К-м семинаре по спин-волновой электронике СВЧ (1993г.; Саратов); Международной конференции "И^ТЕЯМАС 96" '1996г., Сиэтл, США).

Тезисы докладов опубликованы в печати.

Исследовачие свойств и получение пленочных гетероструктур сверхпроводник-ферримагнатик проводились р соответствии с программами грантов JAD-100 (Международный Научный Фонд Copeca) и 96-02-16297-а (Российский Фонд Фундаментальных Исследований 1996-1997гг.) • 1

Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ

Структура и объем "диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и сглска литературы. Она содержит 92 страницы основного текста, 40 рисунков, 16 таблиц и список использованных литературных источников из 132 наименований. Общий объем диссертации 157 с. раниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.'.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована основная цель исследований, научная новизна работы, практическая значимость полученных результатов, изложены научные положения, выносимые на защиту, и дается краткая аннотация содержания по главам.

Первая глава содержит обзор литературы, посвященной химическим методам получения и свойствам ВТСП-пленок УВагСизОгл на различных подложках. В параграфе 1.1 изучены особенности строения и фазовых превращений высокотемпературных сверхпроводников состава УВа2Сиз07Л В параграфе 1.2 рассмотрены практически все химические методы, описанные в литературе для получения ВТСП-пленок: метод химического осаждения из паровой фазы (CVD), золь-гель метод, термолиз карбоксилатов, пиролиз аэрозолей "(спрей-пиролиз) и пиролиь суспензии порошка с органическим связующим (метод трафаретной печати). При этом более подробно изложен метод пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим

{2,3]. Описаны принципы методов и важнейшие этапы технологиче-ско о процесса получения ВТСП-пленок: приготовление исходного пленкообразующего вещества, формирование ВТСП-пленки на подложке и процесс термообработки. Исследованы механизмы осаж/"5-ния исходных компонентов на подложку, физико-химические процессы и фазовые превращения при термообработке. В параграфе 1.3 исследованы характер химического взаимодействия на границе раздела пленка-подложка (МдО, А1203, БгТЮз,'2гОг, ТЮг, Б!, БЮг, № и др.). Приведены новые кри таллические фазы, образующиеся в результате взаимодействия пленки с подложкой, и температуры их образования. Из анализа химических методов получения и свойств ВТСП-пленок состава УВагСизОг-» на подложках из диэлектрических материалов, а также реакций, протекающих на границе пленка-подложка в процессе термообработки, в выводах сформулированы . ,остоинства и недостатки описанных методов и возможность их применения для получения ЗТСП-пленок на ферримагнитных. подложках. •

- Вторая глава посвящена выбору химического метода и разработке технологии получения сверхпроводящих пленок состава УВагСи307^ на ферримагнитных подложках. В параграфе 2.1 на основании сравнительных исследований свойств ВТСП-пленок (химический и фазовый составы, Тек*°,К), полученных методами золь-гель, термолиза карбоксилатов, пиролиза аэрозолей и суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим показана эффективность метода пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим.

В параграфе 2.2 приведено описание разработки способа получения ВТСП-пленок на феррогранатовых подложках: монокристаллическом иттриовом феррогранате УзРегО^ ориентации (110) и поликристаллическом иттрий-гадолинивом феррогранате Уз-хСс^РезО^, Метод пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим включает приготовление суспензии путем смешения ВТСП-порошка с органическим связующим, нанесение суспензии на подложку, высушивание,, прокаливание на воздухе и термообработку в атмосфере кислорода. Ввиду сильного взаи-юдействия материа-

лов пленки и ферримагнитной подложки продолжительность термообработки ВТСП-пленок ограничена. В результате ограниченной продолжительности спекания не происходит принципиального изменение структуры ВТСП-пленки, поэтому исходный^ ВТСЛ-порошок допжен иметь сформированную микроструктуру и быть активным к спеканию, что зависит от способа его получения. В таблице"), приведены рэзультаты исследования влияния химической предыстории исходного ВТСП-порсшка на сверхпроводящие свойства (ТсКя°,К) ВТСП-пленок. ВТСП-пленки были изготовлены на подложках из монокристаллического оксида магния с целью исключения влияния материала подложки на сверхпроводящую пленку. В качестве исходного ВТСП порошка были опробованы порошки, полученные твердофазным синтезом из оксидоь чттрия (У), бария (Ва), меди (Си) и с использованием химического способа гомогенизации: методом осаждения оксапатов У, Ва, Си и синтезом из раствора нитратов У, Ва, Си с добавлением полимера (поливиниловый спирт).

Таблица 1.

№ п/п Исходные ВТСП порошки. ВТСП-пленки

Метод получения ВТСП порошка состава УВа2Си507< Хим. состав ВТСП-порашка Грануло-метри ческий состав' ВТСП порошка, мкм. Тен, К г ' с К дт. К

1 Твердофазный синтез y1.oofO.BiBat.9ato.02Cu2.j7to.01O7.! 5.0-10.0 9и 80 10

2 Совместное осаждение оксапатов У, Ва, Си Y0.97i0.01B9170t0.02Cu1.10t0.2iO7-* 0.2-0.3 90 77 13

3 Из раствора нитратов У, Ва, Си 01631. »«t0.01CU30sj0.01O7.,, 1.0 91.5 90 1.5 ...

В таблице 1. приведены температуры начала, конца и Ширины перехода в сверхпроводящее состояние (Т0Н,К, Тск=0,К, ДТ,К,), полученные из температурных зависимостей удельного сопротивления. Измерения сопротивления проводились стандартным четырехксч-тактным методом при постоянном токе ^ЮОрА в интервале температур 77-300К. Как видно из представленных результатов, ВТСП-пленки, полученные при использовании тонкодисперсного ВТСП-порошка УВа2Сиз07л (размер зерна 1мкм), ст; ого отвечающего сте-хиометрическому составу, синтезированного из раствора нитратов У, Ва, Си, имеют более высокие сверхпроводящие характеристики.

Для приготовления суспензии ВТСП-порошка опробованы этиловый спирт, ацетон, триэтаноламин и исследовано ич влияние на свойства ВТСП-пленок. Показана эффективность использования в качеств^ органического связующего триэтаноламина.

Исследованы и представлены различные режимы термообработки ВТСП-пленок в кислороде, при этом варьировались скорости нагревания и охлаищения и продолжительность выдержки. Экспериментально определен оптимальный режим термообработки ВТСП-пленок: подъем температуры до 945-950°С 10-15мин, выдержка 2-5мин и охлаждение до комнатной температуры 1ч±15мин. Метод обеспечивает получение ВТСП-пленок состава УВа2Си307-5 на фер-рогранатовых подложках с ТСЯ"°=82-64К и шириной перехода 2-5К (патент №2030817).

В параграфе 2.3 приведены результаты исследования получения ВТСП-пленок методом пиролиза суспонзии ВТСП-порошка на феррошпинельных подложках составов Мпо.72по.зРе204, №о.7с>2по.21ре204, металлических подложках из меди (Си), никеля (№), нержавеющей стали и диэлектрических годложках: МдО, БгТЮз, ВаТЮз, А1203; Установлено, что для получения* сверхпроводящих пленок на Мп-гп-феррошпинельных подложках (Тск=0 =78,5К) необходимо сокращение продолжительности термообработки в атмосфере 02: подъем температуры от комнатной до Т=945°С в течение'бмин с выдержкой 1мин и охлаждением в течение 1ч±15мин, Отличительными особенностями технологии получения сверхпроводящих плв-

ю

нок на металлических подложках из Си, Ni и нержавеющей стали являются применение исходного ВТСП порошка, дотированного серебром (Ад-20-30масс.%) и режим термообработки: подъем темпера--ры от комнатной до Ттакс=930°С в течение 15мин, без выдержки, с последующей закалкой в атмосфере кислорода. Разработанный способ позволяет получать длигномерные сверхпроводящие пленочные покрытия состава УВа2Сиз07-8 ма подложках сложной конфигурации: стержнях и гантелях из нержавеющей стали-длиной 100мм и диаметром 10мм с TCR=0=84K. ■

Таким образом показано, что для погучения сверхпроводящих пленок методом пиролиза суспензии ВТСП порошка0с органическим связующим, для каждого типа ферримагнитных и металлических подложек в зависимости от их химической активности необходима разработка соответствующего режима термообработки.

В главе 3 описана разработка технологии получения пленочных ге-тероструктур ВТСЛ-ферримагнетик, представляющих соСой ВТСП-пленку состава УВа2СизОлг, нанесенную м&годом пиролиза суспензии ВТСП порошка с органическим связующим на зпитаксиальную пленку иттриевого феррограната УзРегОр, выращенную на гадоли-ний-галлиевом гранате Gd3Ga3Oi2 ориентации (111).

В параграфе 3.1 на основании исследований критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние Тс*=0,К и микроструктуры поверхности пленок ЗТСП, проведенных на растровом электронном микроскопа S-570 ("Hitachi"), определен оптимальн 1й режим термообработки пг,¿ночных гетероструктур в кислороде, имеющий две особенностг.1-.) температура спекания Т=930°С, что ниже температуры спекания ВТСП-пленок на объемных феррограна-товых подложках (950°СТ; 2.) двухступенчатый режим охлаждения с выдержками при Ti=700°C и Т2=С00°С. ' ^

В параграфе 3.2 показано, что необходимым условием получения пленочных гетеооструктур с высокими сверхпроводящими характеристиками является допировании исходного ВТСП порошка сэ-ребром. Приведеьы результаты влияния содержания Ад от 5 до 50масс.% сверх стехиометрического состава в ВТСЛ-пленкв на ее

микросгруктурныв ,1 электрофизические характеристики. На рис.1

представлен:;) зависимости Тс ,К (кривая а) и удельного сопротивления при комнатной температуре р(300) (кривая о) от концентрации

/300)1 ииис ■ СЛ

ЬО ^ масс. %

Рис.1 Влияние концентрации серебра (Ад) в ВТСП порошке на температуру конца перехода в сверхпроводящее состояние Тск*0,К (кривая а) и удельное сопротивление(кривая б) ВТСП-пленки в плёночной гетероструктуре.

С увеличением концентрации Ад температура конца сверхпроводящего перехода возрастает от 79К (Ад=5мгсс%) до 86К (Ад=30масс.%), при этом р(300) сезко уменьшается. Дальнейшее увеличение содержания Ад до 50масс.% приводит к понижению Тс*"0 до 78К. Определена оптимальная концентрация Ад, равная 30масс.%, при которой пленочные гетероструктуры имеют Т^^век.

Глава 4. посвящена анализу формирования границы раздела пленка —подложка в структурах: сверхпроводник-металл,- сверхпроводник-феррошпкнель, сверхпроводнж-феррогранат. Процесс получен/1 сверхпроводящих пленок состава УВагСизС^ м-этодом пиролиза ВТСП-порошка с органическим связующим включает в себя высокотемпературную термообработку (950°С). При этом становится существенным диффузионное взаимодействие на границе раздела пленка-подложка. Исследование формирования границы раздела пленка-подложка в зависимости от технологических факторов проводилось методом рентгеноспектрального микроанализа (РСМД) на растровом электронном микроскопе S-570 фирмы "Hitachi" с энергодисперсионным спектрометром AN-100C0 фирмы "Link Analitikal". Химический состав и протяженность переходной зоны были определены из кривых распределения интенсивности рентгеновского излучения элементов, входящих в состав структур:УВа2Сиз07-« — мэталл(Ре), YBa3Cu307-s —феррошг.инель (Мпот^ПозгегО^ Nfo.79Zno.2iFe204), УВа2Сиэ07_ — феррогранат (Y3Fe50i2). Кривые распределения интенсивг-ости рентгеновского излучения элементов пленки и пэдлет^ки были получены при линейном сканировании торцевой поверхности шлифа структур. Показано влияние технологических факторов, а именно, режимов термообработки и допирование серябром исходного ЗТСП-порошка в интервале концентраций от 5 до 50 масс.% на формирование фа-ницьг раздела г/wtcneflyev^x структурах. Приведены кривые распределения интенсивности рентгеновского излучения Fe, Ва, Си и Ад для пленочных гетероструктур сверхпроводник -феррогранат с различной концентрацией Ag: Е? зависимости от содержания Ад в ВТСП-пленке глубина проникновения Fa из подложки а пленку ВТСП изменяется от 15мкм(Ад=5масс.%) до Змкм (Ад=30масс.%). Дальнейшее увеличение концентрации Ад до 50м'зсс.% н& изменяет глубины проникновения Fe. С увеличением концентрации серебро сосредэтачи-вается вблизи границы раздела пленка-подложка, и, вероятно, является барьером для проншлоаения >;елеза (Fe) из подложки в ВТСП-пленку.

В структурах сверхпроводник-феррошпинель, сверхпрводник-металл (Fe) введение Ад а ВТСП-пленку подавляет диффузию Fe,

однако, переходна.1 зона шире, чем в структуре свЬрхпроводник-феррофана-й Установлено, что для всех исследованных структур наименьшая глубина проникновения Ре из подлсжки в пленку соответствует концентрации Ас1=30масс.% сверх стехиометрического состава. Введение Ад в ВТСП-пленку значительно сокращает глубину проникновения Ре из подложки в пленку и в меньшей степени влияет на диффузию других элементов.

Характер химического взаимодействия между-пленкой и подложкой в структурах сверхпроводник—фероимагнетик исследовался не только на реальных структурах, но также на смеси ВТСП-порошка с порошками материалов подложек, прошедших продолжительную термообработку при Т=930°С. Изучение фазового состава смесей порошков сверхпроводника и ферримагнетака проводилось методом " рентгенофазового анализа на рентгеновском дифракто-метре ДРОН-2.0 (РеКа-излучьние). Из анализа приведенных дифрак-тофамм установлено, что наиболее устойчивым из исследованных материалов подложек'является иттриевый феррофанат. Марганец-цинковая и никель-цинковая феррошпинели сильнее взаимодействуют с уВагСизО?.«, при этом происходит образование новой фазы Ва22п2Ре1г022 со структурой гексаферрита. На основании проведенных исследований фазового состава смеси порошков материалы .подложек по их химической активности к УВа2Си307^ можно расположить в следующем порядке:

УзРе5012 < Мп-2п феррс^шпинель < Ы'|-2п феррошпинель.

Глава 5. содержит исследования микроволновых свойств пленочных гетер о структур бТСП-ферримзгнетик. В парафафо 5.1 рассмотрено влияние состояния фаницы раздела в пленочных гетероструктурах УВа2Си30г.з -УзРе5012 (бсдеавОю) на амплитудно-частотные характеристики (АЧХ^магнитостатических волн (МСВ) в СВЧ диапазоне (2-5Ггц). Методика эксперимента излбжена в работе [1]. На рис. 2 фа-фически представлена зависимость ширины полосы пропускания 5(0 АЧХ МСВ от концентрации Яд, вводимого в ВТСП-пленку.

ЩГГЧ

400

гоо

т

¡0 23 50■ но £ГО М^асс.% Рис2. Влияние концентрации серебоа (Ад) а ВТСП-пленке на изменение ширины полосы пропускания 5(0 амплитудно-частотной характерно . ики матштосатической волны о СВЧ диапазоне для монолитной пленочной гетероструктуры ВТСП-ферримагнетик.

В интервале концентраций Ад в ВТСП-пленке * от 5 дб 30масс.%, что соответствует уменьшению протяженности переходной зоны от 17 до Змкм, ширина полосы пропускания 5(0 АЧХ МСВ увеличивается и достигает максимального значения, которое сохраняется до концентрации Ад=40масс.%. Дальнейшее увеличение Ад до 50масс.% приводит к понижению 8(0, пр^. эте^ протяженность переходной зоны не изменяется, /¡" налоги'" 1ЫЙ характер имеет зависимость сверхпроводящих характеристик от концентрации серебра в ВТСП-пленке.

В параграфе 6.2 приведены исследования влияния модификации структуры поверхностного слоя феррогранатовой пленки УзРе5012 на электрофизические и микроволновые свойства пленочных гетепоструктур. Структура поверхности исследовалась методом электронографии на отражение в электронном микроскопе .ШМ-бА фирмы \jEDl" с дифракционной приставкой. Экспериментально установлено, ч го эпитаксиально выращенная пленка ИЖГ имеет на-рушенний поверхностный слой поликристаллическо'й структур-! до 200А. Изменение структуры поверхности осуществлялось методом ионной имплантации. Имплантация проводилась различными ионами-имплантантами Не*, Ые+, Аг+, СсГ в интервале энергий от '50-200 КэВ и доз рт'1013 до 1016 ион/см2. Разработанный способ модифицирования поликристаллической структуры поверхностного слоя зпи-таксиальной пленки иттриеаого феррограната (УзРе5012) в монокристаллическую включает ионную имплантацию в сочетании с термообработкой при Т=700°С на воздухе. Исследование влияния структуры поверхностного слоя подложки на микроволновые свойства (АЧХ МСВ) гетероструетур ВТСП-ферримагнетик показало, что для гете-роструктуры, в которой ВТСП-пленка нанесена на монокристаллическую поверхность подложки, полученную в результате ионной имплантации Аг+ энергией 50кэв и дозой 5x1015 ион/см2 с'последующим отжигом, наблюдается более резкое изменение сигнала, чем для ге-тероструктуры с поликристаллической структурой поверхностного слоя подложки (пленка УзРе&п).

Испытания пленочных гетероструетур в СВЧ диапазоне проводились при-внешних магнитных полях напряженностью,1500 эрстед. При этом не происходит ухудшения сверхпроводящих свойств ВТСП-пленок. <: -. '

Каждая гпава диссертации завершает ся выводами, отражающими основные результаты чрэдставленных в нем исследований.

В заключении кратко сформулированы основные "результаты, полученные в работе. В конце работы приведен список цитируемой литературы и список публикаций автора по теме диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ.

*'

1. Для получения сверхпроводящих пленок состава YBa2Cu307-8 ферримагнитных подложках рекомендуется метод пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим (к.етод трафаретной печати).

2.Впервые разработан способ получения ВТСП-пленок состава УВа2Си307-8 на феррогранаювых подложках; монокристаллическом иттриевом феррогранате Y3FesOi2 ориентации (111) и поликристаллическом иттрий-гадолиниевом феррогранчте Y3-xGd.,FesOi2. Показана необходимость применения гомогенного, тонкодисперсного и активного к спеканию ВТСП-порошка, синтезированного из растзора нитратов Y, Ва, Си с добавлением полимера (поливиниловый спирт). Для приготовления суспензии ВТСП-порошка рекомендован триэта-ноламин. Исследован и предложен режим термообработки ВТСП-пленок в а.мосфаре кислорода, а именно: подъем температуры до ТМахс.= 345-950°С в течение 10-15 !.?ин с выдержкой 2-5 г.ич и охлаждением до комнатной температуры в течение 1ч. ±15 мин. Способ обеспечивает получение ВТСП-пленок состава УВа2Си307-5 на феррогранаювых подложках с Tor=0=82-84K и защищен патентом №2030817. • * *

3. Впервые получены пленочные гетер о структуры сверхпроводник — ферримагнетик. Пленочные гетерзструктурь' представляют собой. ВТСП-пленку состава УВагСизОм, нанесенную, методом пиролиза суспензии ВТСП-порошка с органическим связующим, на эпитак~я-аг.ьную пленку иттриевого феррограната УзРеь012, выращенную на гадолиний-галлиевом гранате Gt^GasO« ориентации ('11). Предложена технология получения пленочных гетероструктур, отличительными особенностями которой является допирование серебром (Ад) исходного ВТСП-порошка и режим термообработки с температурой спекания 930°С (вместо S50°C) и двухступенчатым охлаждением с выдержками при Ti=700°C и Т2=500°СЛ .хнология обеспечивает получение ВТСП-пленок состава УВа2Сщ07^ в гетеростр/ктурах с температурой перехода а сверхпроводящее состояние TCR"° >SBK.

4. Установлена корреляция содержания серебра (Ад) в пленке ВТСП

с электрофизическими параметрами (Тс"*0,« и р(300)) и амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ) магнитостатических волн (МСВ) в СВЧ диапазоне. Определена оптимальная концентрация Ад в ВТСП-пленке, равная 30масс.% сверх стехиометрического состава, при которой температура перехода в сверхпроводящее состояние ВТСП-пленки составляет ТсКа,с ^86К, а при испытании пленочных ге-тероструктур в СВЧ-диапазоне {2-5 Ггц.) наблюдается максимальное значение ширины полосы пропускания 6(0 амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) магнитостатической волнл (МСВ).

5. Исследовано влияние технологических факторов на формирование границы раздела пленка-подложка в структурах: сверхпроводник - феррогранат (УВа2Си30г-8 - УзРе50«); сверхпроводник - ферро-шпинель (УВагСизО;-» -Мпо.72по.зРе204, УВа2СизО7-£-№0.7з2П[х21ре2О4); сверхпроводник -г металл (УВа2СизОгл - Ре). Показана возможность управления протяженностью границы раздела режимом термообработки 11 изменением концентрации серебра (Ад), введенного а ВТСП-пленку. Наименьшая глубина проникновения железа из подложки в пленку соответствует концентрации; Ад=30 масс.% сверх стехиометрического состава для всех исследованных структур.

6.Впервые проведен сравнительный анализ материалов ферритовых подложек по их химической активности к УВагСизОт-з. Установлено, что наиболее устойчивым из исследованных материалов подложек является иттриевый феррогранат. Никель-цинковая и марганец-цинковая феррошпинели сильнее взаимодействуют с УВа2Сиз07-а , образуя новую фазу ВаггпгРеиОи со структурой гексаферрита.

7.Реализован и подтвержден злектронографическими исследованиями новый метод модифицирования структуры поверхностного слоя пленки иттриевого феррограната (УэРе^О«) из поликристаллической в монокристаллическую, используя ионную г.мплантацию в сочетании с термообработкой/ Установлено влияние структуры поверхностного слоя подложки (УзРе50,2) в монолитных пленочных га-тероструктурах состава УВагСизО/-» — УзРвбО« (базбазО^) на электрофизические и микроволновые свойства гетероструктур.

Список основных работ по теме диссертации.

1.0-Антсон, А.М. Балагуров, Р.Л Болотовскии, А,П. Булкин В.Н.Гурин, С.М.Дунаевский, Н.Ф. Картенко, Г.А. Крутов, В.А. Кудря* шев, А.И. Курбаков, A.A. Лошманов, C.B. Малеев, >Л, Малышев, A.A. Нечитайлов, А.П. Нечитайлор.Т.А. Николайчук, X. Пеюрю, f.А. Романов, Э.Э. Рубинова, В.В. Сердюк, А. Тиитта, Б.П. Топерверг, В.А. Тру-; нов, К. Уллако, В.А. Ульянов, К. Харконен, П. Хиисмяки, Ё.А. Церковная, Л.А. Шинкевич. Исследование структурных аномалий 'ВТСГ! УВагСизО?^ и 154SmBa2 CU3O7-5 с помощью нейтронной дифракции' высокого'разрешения, i. П Препринт №1452,1988,30с.

2.в.Ф.Вроцких, С.М.Дунаевский, ЕЛДуховсхая, - ЛАКйлгажная, Б.М.Лебедь, Г.А.Николайчук. Свойства пленок УВагСизСМ на фана» товых и шпинельных подложках.//СФХТ, т.4, №9,1991, с.1782-1785.

3. ГАНиколайчук, С.М.Дунаевсшй Ъ.А .Позднякова, H.A.Амосова. Способ получения высокотемпературных керамических покрытий состава УВагСизО?.« .// Патент Российской Федерации №203utJlt, 1991.

4.Г.А.Николайчук,С.В.Яковлев,Т.А. Крылова, Л .АКалюжная.Б.МЛебедь Особенности технологии получения планочных гетероструюур. ВТСП-ферримагнетик.// ж.'Неорганическиэ материалы*. №5. 1998г. с. 1-4. .

5С.В.ЯковЛев,Л .А.Калюжная,Г.А,Николайч^Т.А.Крылова,Б.М,Лебедь Взаимодействие ферромагнетика и высокотемпературного сверхпроводника на фанице раздела в пленочных готерсструктурах.// Письма в ЖТФ, 1997. т.23, №12, C.6S-73. ,

8.М.В.Павлова, Г. А. Николайчук, Т. А. Крылова, Е. Л. Духовская.В.О'' Щербакова,Ю.М.ЯковЛев.Злеетрофшически^ » свойстза пленок УВагСизОл« на мочноимплантированных подпоясках.// СФХТ* 1992, „ т.5, №9, с.1680-1684. ' \ ■ ■ vï '

7.Б.М.Лебедь,С.В.Яковлев,Г.А.НикфаЙчукД1;А.Калю>1шаяТ.А.Кр1.1Ло'ва , М.П.Ватник. Монолитнйа пленочные гбтероотрук-.уры высокотемпе1-ратурный сверхпроводник-фэрркт.//Письма в ИСТФ,1996,т.22,№10, с. 18-22. . . ,

R.B.M.Lebed, S.V. Yakovlev, ТА. Krylova, GA Nlkolaychuk, A.V. Niki-, forov. Magnetostatik spin wava scattering by the magnetic vortexes in

layored'ferrite-hlgh température superconductor structure. // International Magnetics Conference, Staffle. USA, 1996,2c.

Список цитируемой литературы.

1.AnbTMdH А.Б., Лебедь Б.М., Никифоров А.Б., Яковлев И.Я., Яко-

»

^лев C.B. Использование БТСП-материалов и спин-волновсй микроэлектронике.// СФХТт.З. №10,1990, с. 2205-2218.

2. КаульА.Р. " Химические методы получения пленок и покрытий йТСП. II Ж. В'сес. Хим. Общ им. Д. И. Менделеева. 1990, №4, с.492-,603/ ;

З Ли С.Р,' Олейников И. Н. Проблемы получения толстопленочных . покрытий из ВТСП-материалов состава уВагСизОт.« методом трафаретной печати.//-Обзоры по ВТСП., М, вып,3<7), с. 76-92.

14.04.98г.'Заж,16-70 РГЛ ШС СИНТЕЗ Московский пр.,26