Исследование особенностей получения и свойств тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника YBa2 Cu3 O7-x тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Воробьев, Андрей Константинович

• Воробьев, Андрей Константинович
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Воробьев, Андрей Константинович

Оглавление.

Предисловие.

ГЛАВА I.

Введение. Тонкие пленки ВТСП в электронике: приоритетные направления исследований, области применения и методы получения.15

1.1. Вводные замечания.

1.2. Приоритетные направления исследований: влияние дефектов на свойства пленок и структур.

1.3. Применения тонких пленок ВТСП в электронике: достижения и перспективы развития.

1.3.1. Пассивные устройства ВЧ и СВЧ электроники.

1.3.2. СКВИДы.

1.3.3. Цифровые схемы.

1.4. Микроструктура YBCO тонких пленок.

1.5. Подложки для YBCO тонких пленок.

1.6. Основные методы осаждения YBCO пленок.

1.6.1. Вакуумное соиспарение.

1.6.2. Химическое осаждение из паровой фазы.

1.6.3. Лазерное испарение.

1.6.4. Магнетронное распыление.

1.7. Краткие выводы.

ГЛАВА И.

Получение тонких пленок\ YBCO в инвертированной цилиндрической магнетронной распылительной системе.39

2.1. Вводные замечания.

2.2. Физический механизм распыления материалов под действием ионной бомбардировки.

2.3. Получение ВТСП пленок методом магнетронного распыления.

2.3.1. Механизм магнетронного распыления материалов.

2.3.2. Особенности получения ВТСП пленок методом магнетронного распыления.

2.4. Получение YBCO пленок в инвертированной цилиндрической магнетронной распылительной системе.

2.4.1. Описание экспериментальной установки.

2.4.2. Описание технологии.

2.4.3. Параметры YBCO пленок, полученных в оптимальных режимах.

2.5. Краткие выводы.

ГЛАВА III.

Исследование особенностей формирования вторичных фаз в тонких пленках YBCO.58

3.1 Вводные замечания.

3.2. Описание экспериментов.

3.3. Исследование свойств и особенностей формирования частиц вторичных фаз в YBCO пленках.

3.3.1. Определение химического состава частиц вторичных фаз и YBCO пленок.

3.3.2. Исследование состояния частиц вторичной фазы СиО (концентрация, размер, форма) в зависимости от условий роста YBCO пленок.

3.3.3. Исследование влияния вицинальности подложки на состояние частиц вторичной фазы СиО.

3.4. Образование областей YBCO пленок с дефицитом меди вокруг частиц вторичной фазы СиО.:.

3.4.1. Результаты исследований YBCO пленок методами зондовой микроскопии.

3.4.2. Обсуждение результатов экспериментов.

3.5. Формирование элементов YBCO пленок, свободных от частиц вторичной фазы СиО.

3.6. Краткие выводы.

ГЛАВА IV.

Исследование влияния структурных и фазовых неоднородностей на электрические свойства тонких пленок YBCO при оптимизации условий осаждения.81

4.1. Вводные замечания.

4.2. Описание экспериментов.—

4.3. Исследование свойств тонких пленок YBCO при оптимизации условий формирования (методы измерений и результаты эксперимента).

4.3.1. Электрические свойства.

4.3.2. Микроструктура.

4.3.3. Катионный состав.

4.4. Анализ влияния структурных и фазовых неоднородностей на электрические свойства YBCO пленок.

4.4.1. Температура сверхпроводящего перехода.

4.4.2. Плотность критического тока.

4.4.3. Поверхностное СВЧ сопротивление.

4.5. Краткие выводы.

ГЛАВА V.

Исследование формирования катионного состава тонких пленок YBCO при магнетронном распылении.102

5.1. Вводные замечания.

5.2. Исследование изменений состава YBCO мишени при ионном распылении.ЮЗ

5.2.1. Описание экспериментов.

5.2.2. Результаты экспериментов и их анализ.

5.2.3. Обсуждение результатов.

5.3. Исследование влияния десорбции с поверхности роста на состав YBCO пленок.

5.3.1. Описание экспериментов.

5.3.2. Измерение параметров плазмы магнетронного разряда с помощью зондов Ленгмюра.

5.3.3. Исследование изменений катионного состава YBCO пленок в зависимости от напряжения смещения на подложке.:.

5.4. Исследование реиспарения бария с поверхности роста.

5.4.1. Описание экспериментов.

5.4.2. Результаты экспериментов и их анализ.

5.5. Краткие выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование особенностей получения и свойств тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника YBa2 Cu3 O7-x»

Сегодня сверхпроводимость - это одна из наиболее изучаемых и интенсивно развивающихся областей физики. В то же время ни одна другая область физики не открывала столько перспектив различных эффективных технических применений физического явления в различнйк областйх-ч&>^" ловеческой жизни. Ученые и инженеры из многих стран мира направляют свои усилия на развитие понимания этого явления и использование его многообещающие свойств. Реализация только части возможных применений сверхпроводимости должна существенно изменить, и уже изменяет, нашу повседневную жизнь. В настоящее время прогресс человечества уже невозможно представить вне достижений в области сверхпроводимости [ 1 ].

История сверхпроводимости начинается в 1911 году, когда датский физик Heike Kammerlingh Onnes, работая в университете города Лейден в Голландии, обнаружил, что электрическое сопротивление стержня замороженной ртути внезапно исчезает, когда он охлаждается до температуры, близкой к температуре жидкого гелия (4 К). Вскоре было найдено, что многие другие элементы, сплавы и интерметаллические соединения становятся сверхпроводниками, если их охладить до существенно низкой температуры. Например, чистый элемент Nb становится сверхпроводником при Тс = 9,26 К, сплав Nb3Sn - при Тс = 18,5 К, Nb3Ge - при Тс = 23 К [2]. За последующие 75 лет были реализованы некоторые яркие применения сверхпроводимости, такие, как чувствительные детекторы магнитного поля - СКВИДы (1962 г.), мощные магниты для томографов на основе ядерного магнитного резонанса (1982 г.) и линейные ускорители заряженных частиц (1985 г.). Однако реализация других не менее эффективных технических применений даже не рассматривалась, поскольку была экономически нецелесообразной из-за дороговизны и экзотичности рефрижераторов на основе жидкого гелия.

Новая эра в развитии сверхпроводимости началась в 1986 году, когда ученые из исследовательского отдела IBM в Швейцарии К. Alex Muller и George Bednorz обнаружили сверхпроводимость в перовскитах (La-Ba)2Cu04 с Тс ~ 35 К [3]. Вскоре исследователи всего мира стали работать с новым классом сверхпроводников. В 1987 году группа Paul С. W. Chu (University of Houston) достигла стабильной и воспроизводимой сверхпроводимости в соединении YiBa2Cu307.d (Y 123) с Тс ~ 90 К. Поскольку эти материалы сверхпроводят при существенно более высоких температурах, их назвали высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП). В 1988 году были открыты висмутовые и таллиевые ВТСП (Bi-Sr-Ca-Cu-0 с Тс = 115 К получены Maeda с коллегами (ETL, Japan), Tl-Ba-Ca-Cu-0 с Тс = 125 К получены Hermann и Sheng (University of Arkansas)). В 1993 году группой Paul С. W. Chu были открыты соединения на основе ртути Hg-Ba-Ca-Cu-0 с Тс = 164 К (под давлением). В 1997 году эта же группа синтезировала новый сверхпроводник Ba-Ca-Cu-0 с

Тс = 126 К (при нормальном давлении), что на сегодняшний день является рекордом для ВТСП, не содержащих "экзотических" элементов типа таллия или ртути (это немаловажно для здоровья исследователей и пользователей) [4]. Многие лаборатории сообщали о признаках сверхпроводимости при более высоких температурах (и даже при комнатной), но устойчивые фазы пока не получены.

Легкость охлаждения ВТСП и выигрыш в стоимости рефрижераторов оказали огромное влияние на развитие новых материалов, технологии и теории сверхпроводимости. За десять лет после открытия ВТСП возникли новые наука и технология и появилась возможность реализовать намеченные ранее и казавшиеся нереальными перспективы. Однако ученые и инженеры столкнулись с целым рядом технических проблем. Образцы ВТСП, получаемые с помощью существующих технологий, как правило, имели многочисленные дефекты структуры: границы микроблоков и двойников; домены с большими углами разориентации и нестехиометрией по кислороду; катионное разупорядочение; частицы вторичных фаз и др. [1,2]. Вследствие малой длины когерентности ВТСП (для купратов - 2 нм по осям а Ъ и - 0,4 нм по оси с, что почти на порядок меньше, чем у низкотемпературных сверхпроводников [5]), практически все типы дефектов (с размерами вплоть до атомарного) оказывают существенное влияние на сверхпроводящие свойства ВТСП. В результате этого наблюдаемые свойства ВТСП и устройств на их основе определяются, в основном, их реальной структурой (отклонениями от идеальности), а не фундаментальными свойствами. Например, плотность критического тока в объемных образцах не превышала нескольких сотен А/см2.

Решающая роль в преодолении большинства трудностей принадлежит технологии тонких эпитаксиальных пленок. Развитие существующих в микроэлектронике технологий позволило получить образцы ВТСП в виде тонких пленок с минимальными отклонениями от идеальности. В тонких пленках ВТСП были достигнуты плотности критических токов до нескольких МА/см2. Тонкие пленки сыграли огромную роль как модельные системы для изучения эффектов анизотропии, пиннинга вихрей, межслойного спаривания, влияния границ зерен и др. Ключевые эксперименты с тонкими пленками определили приоритетные направления развития методов приготовления объемных сверхпроводников. Текстурирование зерен, уменьшение объема межзеренных границ совместно с введением подходящих дефектов позволили достичь плотности критического тока в объемных образцах до нескольких десятков кА/см2. В настоящее время образцы объемных ВТСП успешно применяются в прототипах магнитов, моторов, генераторов и гибких кабелей для мощных линий передач [6,7]. С тонкими пленками связан качественно новый уровень развития технологии токонесущих ВТСП лент. В многослойных системах на текстурированной металлической основе (ИАВПЗ технология) достигнута плотность критического тока до 1 МА/см2 [8].

Наиболее перспективная область коммерческой реализации ВТСП тонких пленок - применения сверхпроводящей электроники. В настоящее время изготовлены СКВИДы на бикристалличе-ских контактах с уровнем шумов, сравнимым с низкотемпературной версией. Развитие технологии планаризации позволяет создавать ВТСП контакты Джозефсона с приемлемым разбросом величин критических токов, пригодные для использования в цифровых схемах. Начинают продаваться и успешно использоваться пленочные ВТСП микроволновые компоненты систем связи такие, как высокодобротные резонаторы, стабильные колебательные контуры, антенны, фильтры и линии задержки. На рис. 1 представлены результаты прогнозирования времени начала практического использования различных применений сверхпроводимости по данным организации International Superconductivity Technology Center [6]. Из рис. 1 видно, что за ближайшие 50 лет предполагается реализовать практически все возможные применения, причем продукция высокотемпературной сверхпроводимости по сравнению с низкотемпературной будет внедряться более динамично.

Однако современный уровень технологии еще не позволяет получать ВТСП пленки без дефектов (или контролировать дефекты, определяющие пиннинг). Например, YBCO пленки, получаемые различными методами содержат практически все перечисленные выше дефекты, которые ограничивают параметры пленок и устройств, изготовленных на их основе. Дальнейшее исследование влияния дефектов на свойства пленок и развитие методов получения бездефектных высококачественных пленок выделяются экспертами в качестве первоочередных задач [6].

В 1987 году в Отделении Физики твердого тела Института Прикладной Физики РАН (в 1993 году на базе Отделения был создан Институт Физики Микроструктур РАН) начала развиваться технологическая база, которая позволяет в настоящее время получать высококачественные, с характеристиками на уровне лучших зарубежных аналогов, YBCO тонкие пленки на различных монокристаллических диэлектрических подложках. Используются наиболее развитые методы получения YBCO пленок: импульсное лазерное испарение (эксимерный лазер) и магнетронное распыление (инвертированная цилиндрическая магнетронная распылительная система). С целью изучения фундаментальных свойств ВТСП, а также контроля и оптимизации технологических процессов выращивания пленок, в ИФМ РАН были созданы рабочие группы и разработаны методы контроля практически всех параметров ВТСП пленок: рентгенодифракционный анализ для характери-зации микроструктуры пленок; измерение магнитных свойств для оценки плотности критического тока; измерение температурной зависимости сопротивления для характеризации сверхпроводящего перехода и параметра у, измерение импеданса в СВЧ диапазоне; определение катионного состава с помощью энергодисперсионного анализа на электронном микроскопе и Оже-анализа; анализ поверхностной морфологии пленок с использованием атомно-силовой, туннельной и электронной микроскопии и др. Большое внимание уделяется исследованиям природы дефектов и их влияния на свойства YBCO пленок. Например, в работе [9] на основе оригинальных экспериментов с использованием блочных подложек было исследовано влияние разориентации оси с микроблоков на критический ток в YBCO пленках и предложена модель пленки в виде джозефсоновской среды

Predictions for Time of Practical Use

5 0

4 0

•a о ■a о E a о

3 с.

1 Си О в э a ■о 3 S 8 о <

3 о

2 О

1 О j Elevator ,.•''' ' Railroad for levitated train (long distance) • Electric motor (several thousands of kw) Micro SMES .s. Electromagnetic propulsion ship

High temperature

••'' Generator (several hundred ' thousands of kV) ) •SMES (100k\Vh) • Transformer (1 GVA) ' Cable (5 GVA)

Examples of products to which high-temperature superconductivity is applied) j • Electromagnetic flow

SQUID device Y Microwave device

Magnetic shield j' Wire rod,for ,DC

• (30 k or less) control (single crystal) > Analog signal processing device' ■ Magnet for accelerator i.^^f.i^ii.> Application to bulk AC (magnetic bearings) j .- | r Application to thin films High temperature

I (electronics) j .• | i Digital signal processing device -Cable (2GVA)

• Current limiter (6.6 kV)

• Flywheel (100 kWh) Electrical ship

• Electric motor (several tens of kw) j i i'

Examples of products to which low-temperature superconductivity is applied)

Low temperature

Low-Temperature

• Transformer (1 GVA)

• Analog signal processing device » Wire rod for AC .•'' I Electromagnetic flow control (single crystal)

• Micro SMES

• SQUID device ' Magnet for accelerator ' Wire rod for DC (30 kw or less) '•* ' Current limiter (6.6 kV) Railroad for levitated !,'" jtrainiOong distance) : »Electrical ship

• Digital signal processing dcvice

• Electromagnetic propulsion ship Generator (several hundred thousands of kVA) Electric motor (several thousands of k\V)

SMES (100 k\Vh)

Low temperature '

High temperature

AI present

0 0

2005 2010 20 2 0 2030 2040

Time of Practical Use (years)

РИСУНОК 1. Предполагаемое время практического использования [6]. микроблоки со слабыми связями на границах). В работе [10] исследовалось локальное смешанное состояние, индуцированное ферромагнитной частицей малых размеров и, установлено, что поле, соответствующее началу проникновения вихрей в YBCO пленку, гораздо меньше, предсказываемого теорией Гинзбурга-Ландаю, что также объясняется на основе представлений пленки в виде джозефсоновской среды. Подробно исследовался брызговой эффект при лазерном напылении YBCO пленок. Была разработана уникальная технология двухлучевого лазерного напыления, позволяющая получать высококачественные YBCO пленки с эктремально низкой плотностью капель [11]. В 1992 году в отделе Технологии тонких пленок и технологического оборудования была сформирована группа (в которую вошел и автор) под руководством С. В. Гапонова и Е. Б. Клюен-кова, основными задачами которой была разработка и создание магнетронных систем напыления и исследование возможности получения стехиометрических и гладких высококачественных YBCO пленок. Были проведены исследования, позволившие понять природу формирования частиц вторичных фаз в YBCO пленках с высокими сверхпроводящими свойствами и разработать технологию получения элементов пленок с гладкой поверхностью; установить взаимосвязь между параметрами микроструктуры YBCO пленок и их сверхпроводящими свойствами в области оптимальных значений; выявить факторы, определяющие формирование катионного состава YBCO пленок в ходе магнетронного напыления. Основные результаты, полученные автором в составе этой группы в течение 1992-1999 гг., положены в основу настоящей диссертации.

Диссертация посвящена разработке технологии получения и изучению особенностей формирования и физических свойств высококачественных тонких пленок высокотемпературного сверхпроводника Y-B-Cu-O, пригодных для различных применений электроники. Диссертация состоит из аннотации (на английском языке), оглавления, предисловия, пяти глав (первая имеет обзорный характер), заключения, списка цитированной литературы и списка работ автора по теме диссертации.

В первой главе дан краткий обзор состояния дел в области применения тонких пленок ВТСП в электронике на конец 1998 - начало 1999 года. Рассмотрены достижения и перспективы развития основных применений. Сформулированы задачи и приоритетные направления исследований -влияние дефектов на свойства ВТСП пленок и структур. Подробно рассмотрены различные типы дефектов микроструктуры реальных YBCO пленок. Представлен сравнительный анализ основных современных методов получения YBCO пленок и используемых материалов подложек.

Во второй главе сделан анализ особенностей получения ВТСП пленок магнетронным распылением и конструкций используемых магнетронных распылительных систем. Показано, что наиболее удачными разработками являются инвертированная цилиндрическая магнетронная распылительная система (ICMS) и технология in-situ. Представлено описание экспериментальной установки на основе ICMS (и ее оригинальных особенностей) и описание технологии получения YBCO пленок. Приведены электрофизические параметры УВСО пленок, полученных в оптимальных режимах.

В третьей главе представлены результаты исследования особенностей формирования вторичных фаз в УВСО пленках. Показано, что оптимум сверхпроводящих свойств УВСО пленок, полученных методом т-ягШ, расположен в области составов обогащенных медью и иттрием. Избыток меди и иттрия формируется в виде частиц вторичных фаз СиО и У203. Подробно исследовано состояние частиц СиО (концентрация, размер, форма) в УВСО пленках в зависимости от условий осаждения (температура (7^) и скорость (К) осаждения, давление рабочего газа (р)) и состояния поверхности подложки. Сделано предположение о диффузионном обеднении медью областей УВСО пленок вблизи частиц СиО. Представлены результаты исследования свойств этих областей (рельеф и туннельная проводимость) методами зондовой микроскопии. Показано, что при высоких температурах осаждения (выше 720 °С) относительный объем неоднородностей в виде СиО частиц, окруженных областями, обедненными медью, превышает допустимый порог для протекания тока по областям пленок с оптимальными свойствами (55 %).

Четвертая глава посвящена исследованию влияния структурных и фазовых неоднородностей на свойства УВСО пленок в области оптимальных значений. На основе совместного анализа изменений параметров микроструктуры, электрических параметров и катионного состава УВСО пленок сделаны следующие выводы: температура сверхпроводящего перехода УВСО пленок наиболее сильно коррелирует с искажениями решетки микроблоков. Плотность критического тока наиболее сильно коррелирует с разориентацией микроблоков. Поверхностное СВЧ сопротивление сильно коррелирует с объемом доменов с большими углами разориентации и, меньше, - с разориентацией микроблоков. Все сверхпроводящие свойства УВСО пленок сильно подавляются при высоких температурах осаждения (выше 720 °С), когда объем областей с пониженными сверхпроводящими свойствами, локализованных вокруг СиО частиц, превышает допустимый порог для протекания тока по областям пленок с оптимальными свойствами.

Пятая глава посвящена исследованию процессов, определяющих катионный состав УВСО пленок. Установлено, что при ионном распылении имеет место интенсивная диффузия меди из объема мишени к поверхностному измененному слою за счет градиента концентрации, в результате чего состав мишени может существенным образом изменяется (до 50 %). На основе различных моделей рассчитаны относительные коэффициенты распыления и энергии ^язи УВСО компонентов, а также - коэффициенты диффузии меди. Приведены результаты зондовых исследований плазмы 1СМ5 системы, на основе анализа которых определены температура, концентрация носителей заряда и плавающий потенциал подложки (~1,5 В). Установлено, что в ходе т-яки роста УВСО пленок происходит селективная десорбция адатомов меди и бария под действием бомбардировки ионами плазмы, ускоренными в поле подложки. Изменения катионного состава УВСО пленок при напряжении смещения равном плавающему потенциалу подложки могут достигать

30 %. Представлены результаты исследования процесса реиспарения бария с поверхности роста. Показано, что этот процесс наиболее сильно влияет на формирование катионного состава YBCO пленок.

В заключении перечислены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

Список цитированной литературы приведен в конце диссертации и имеет отдельную нумерацию для каждой главы. При необходимости в какой-либо главе сослаться на литературу к предшествующим главам, в тексте используются ссылки типа "[8/Глава I]", что означает "ссылка [8] к главе I".

Список публикаций автора по теме диссертации приведен в конце настоящей работы.

Научная новизна работы определяется как оригинальностью поставленных экспериментов, так и полученными новыми результатами и заключается в следующем:

1. Впервые показано, что методом инвертированного цилиндрического магнетронного распыления (ICMS) могут быть воспроизводимо получены высококачественные YBCO пленки (температура нуля сопротивления (Тс) - не ниже 91 К, плотность критического тока (Jc) - не ниже 2 МА/см2 при 77 К) большого размера (до 50 мм, с однородностью толщины и сверхпроводящих свойств - не хуже ± 8 % по всей поверхности) на обеих сторонах подложек (идентичность параметров сторон - не хуже ошибок измерений) из различных материалов, в том числе, - YBCO пленки на сапфире с подслоем YSZ, пригодные для СВЧ применений (эффективное поверхностное СВЧ сопротивление (Д5) - ниже 1 мОм на 10 ГГц при 77 К).

2. Впервые проведены детальные зондовые исследования плазмы ICMS системы в различных режимах получения YBCO пленок, на основе анализа которых определены температура, концентрация носителей заряда и плавающий потенциал подложки (—1,5 В). Установлено, что YBCO пленки в ходе их роста могут подвергаться интенсивной бомбардировке ионами плазмы, ускоренными в поле плавающего потенциала подложки (плотность потока ионов - до 5 hmV). Одним из результатов такой бомбардировки является изменение формы частиц вторичной фазы СиО - с уменьшением давления рабочего газа частицы становятся более плоскими и, прир < 28 Па их вертикальные размеры не превышают 10 нм.

3. В результате исследований методами зондовой микроскопии впервые установлено, что области YBCO пленок (размером до 500 нм) вблизи частиц вторичной фазы СиО имеют измененный рельеф поверхности и пониженную туннельную проводимость. Эти области сформированы в результате диффузионного обеднения медью и, следовательно, имеют искаженную кристаллическую решетку и пониженные сверхпроводящие свойства. Показано, что при температурах осаждения выше Tj « 720 °С относительный объем таких не-однородностей превышает допустимый порог для протекания тока по областям пленок с оптимальными свойствами.

4. Разработаны основы технологии получения элементов YBCO пленок (размером до 5 мкм) с составом близким к стехиометрии и свободных от частиц вторичной фазы СиО.

5. Впервые проведены комплексные исследования влияния структурных и фазовых неодно-родностей на свойства YBCO пленок в области оптимальных значений. Установлено, что температура сверхпроводящего перехода наиболее сильно коррелирует с искажениями решетки микроблоков. Плотность критического тока наиболее сильно коррелирует с разо-риентацией микроблоков. Поверхностное СВЧ сопротивление сильно коррелирует с объемом доменов с большими углами разориентации и, меньше, - с разориентацией микроблоков. Все сверхпроводящие свойства YBCO пленок сильно подавляются при высоких температурах осаждения (выше 720 °С), когда объем областей с пониженными сверхпроводящими свойствами, локализованных вокруг СиО частиц, превышает допустимый порог для протекания тока по областям пленок с оптимальными свойствами.

6. Впервые проведены исследования изменений в составе YBCO мишеней в результате ионного распыления (магнетронное в ICMS системе и ионно-лучевое в камере Оже-спектрометра). Установлено, что имеет место преимущественное распыление меди с образованием поверхностного измененного слоя, обедненного медью. Происходит интенсивная диффузия меди из объема к поверхностному измененному слою за счет градиента концентрации, в результате чего состав объема мишени может существенным образом изменяется (до 50 %). На основе различных моделей рассчитаны относительные коэффициенты распыления, энергии связи YBCO компонентов и коэффициенты диффузии меди.

7. Впервые исследовано влияние бомбардировки растущей YBCO пленки ионами плазмы, ускоренными в поле подложки (в диапазоне напряжений смещения -2 В - +2 В), на кати-онный состав YBCO пленок. Установлено, что имеет место существенная селективная десорбция адатомов меди и бария. Изменения катионного состава YBCO пленок, обусловленные селективной десорбцией, при напряжении смещения равном плавающему потенциалу подложки могут достигать 30 %. 1

Личный вклад автора в проведенные исследования заключается в: - разработке и создании экспериментальных установок для получения высококачественных YBCO пленок большого размера на основе инвертированной цилиндрической магнетронной распылительной системы;

- получении нескольких серий YBCO пленок (в зависимости от условий осаждения и состояния поверхности подложки) на подложках из различных материалов и последующей оптимизации технологических режимов;

- проведении экспериментов и анализе результатов комплексных исследований электрических параметров, структурных и фазовых неоднородностей, катионного состава, состояния частиц вторичных фаз YBCO пленок;

- разработке основ технологии получения элементов YBCO пленок с составом близким к стехиометрии и свободных от частиц вторичной фазы СиО;

- анализе результатов исследований изменений в составе YBCO мишеней при ионном распылении;

- проведении зондовых измерений параметров плазмы магнетронного разряда;

- проведении экспериментов и анализе результатов исследований влияния десорбции на состав YBCO пленок.

Научные положения выносимые на защиту:

1. Концентрация частиц вторичной фазы СиО в YBCO пленках монотонно уменьшается с ростом температуры и уменьшением скорости осаждения, а также зависит от состояния и угла разориентации поверхности подложки.

2. YBCO пленки в ходе их роста в ICMS системе подвергаются интенсивной бомбардировке ионами плазмы, ускоренными в поле плавающего потенциала подложки. Результатами такой бомбардировки являются изменение формы частиц вторичной фазы СиО (при уменьшении давления частицы становятся более плоскими и, при р < 28 Па, их вертикальные размеры не превышают 10 нм) и селективная десорбция адатомов бария и меди ведущая к изменению катионного состава пленки (до 30 %).

3. Области YBCO пленок вблизи частиц вторичной фазы СиО имеют измененный рельеф поверхности и пониженную туннельную проводимость. Эти области сформированы с дефицитом атомов меди, имеют искаженную кристаллическую решетку и пониженные сверхпроводящие свойства. При температуре осаждения -740 °С такие неоднородности формируют матрицу и, следовательно, оказывают существенное влияние на электрические свойства YBCO пленок.

4. На подложках, содержащих области с различной плотностью центров зародышеобразова-ния (и/или ограниченные ступенями), сформированные ионным травлением могут быть получены (при напылении с Td~ 720 °С и R « 0,1 нм/мин.) элементы YBCO пленок (размером до 5 мкм) с составом близким к стехиометрии и свободные от частиц вторичной фазы СиО.

5. Различные структурные и фазовые неоднородности влияют на электрические свойства YBCO пленок в области оптимальных значений следующим образом: температура сверхпроводящего перехода наиболее сильно коррелирует с искажениями решетки микроблоков. Плотность критического тока наиболее сильно коррелирует с разориентацией микроблоков. Поверхностное СВЧ сопротивление сильно коррелирует с объемом доменов с большими углами разориентации и, меньше, - с разориентацией микроблоков. Все сверхпроводящие свойства YBCO пленок сильно подавляются при высоких температурах осаждения (Tj выше 720 °С), когда объем областей с пониженными сверхпроводящими свойствами, локализованных вокруг СиО частиц, превышает порог протекания.

6. При ионном распылении YBCO мишеней (магнетронное в ICMS системе и ионно-лучевое в камере Оже-спектрометра) происходит преимущественное распыление меди с образованием поверхностного измененного слоя, обедненного медью. Имеет место интенсивная диффузия меди из объема к поверхностному измененному слою за счет градиента концентрации, в результате чего состав объема мишени может существенным образом изменяется (до 50 %). Диффузия стимулируется образованием радиационных дефектов и вакансий атомов кислорода.

7. Изменение катионного состава YBCO пленок, обусловленное селективным реиспарением бария с поверхности роста (при Tj « 700 °С), среди других механизмов является определяющим, поскольку, позволяет получать пленки оптимального состава изменением температуры осаждения в узком диапазоне, даже если произошло обеднение мишени медью на 50 %.

Публикация и апробация работы:

По теме диссертации опубликовано 14 статей (и 2 находятся в печати) в отечественных и зарубежных реферируемых журналах и сделан ряд докладов на различных международных конференциях по сверхпроводимости, в том числе автором на следующих: Fifth International Superconductive Electronics Conference, Sept. 18-21, 1995, Nagoya, Japan; 1996 Applied Superconductivity Conference, Aug. 25-30, Pittsburgh, USA, 1996; 6,h International Superconductive Electronics Conference, 25-28 June, 1997, Berlin, Germany; X Trilateral German-Russian-Ukrainian Seminar on High Temperature Superconductivity, Nizhny Novgorod, Russia, 11-15 Sept., 1997; 1998 jVpplied Superconductivity Conference, Sept. 13-18, 1998, Palm Desert, California, USA. Результаты исследований, изложенных в диссертации, неоднократно докладывались на научных семинарах ИФМ РАН.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Воробьев, Андрей Константинович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертации получены следующие основные результаты:

1. Разработана и изготовлена специальная магнетронная распылительная система, предназначенная для воспроизводимого получения высококачественных УВСО пленок большого размера с двух сторон подложек. Получены УВСО пленки со свойствами на уровне лучших мировых образцов : температура нуля сопротивления - не ниже 91 К, плотность критического тока -более 2 МА/см2 при 77 К, размером до 50 мм, с однородностью толщины и сверхпроводящих свойств - не хуже ± 8 % по всей поверхности, на подложках из различных материалов (в том числе, - УВСО пленки на сапфире с подслоем пригодные для СВЧ применений, с эффективным поверхностным СВЧ сопротивлением ниже 1 мОм на 10 ГГц при 77 К).

2. Установлено, что в мишени имеет место преимущественное распыление и диффузия меди из объема к поверхностному измененному слою, в результате чего состав мишени может изменяться на 50 %. Подложка в плазме магнетронного разряда заряжается до потенциала ~ 1-2 В. Бомбардировка растущей пленки ионами плазмы, ускоренными в поле плавающего потенциала подложки вызывает изменения состава до 30 %. Изменение состава пленок, обусловленное реиспарением бария, среди других механизмов является определяющим.

3. Показано, что состояние частиц вторичной фазы СиО зависит от условий осаждения и состояния поверхности подложки. Области УВСО пленки вблизи СиО частиц имеют измененные свойства (искаженный рельеф и пониженную туннельную проводимость). Эти области образованы в результате диффузионного обеднения медью в ходе роста пленки и, следовательно, должны обладать пониженными сверхпроводящими свойствами. При высоких температурах осаждения относительный объем таких неоднородностей может прёвышать допустимый порог для протекания тока по областям пленок с оптимальными свойствами.

4. Разработаны основы технологии получения элементов пленок размером до 5 мкм, стехиомет-рического состава и не содержащих частиц вторичной фазы СиО. Используются подложки, на которых сформированы области с различной плотностью центров зародышеобразования и/или ограниченные ступенями.

5. Установлена корреляция параметров микроструктуры с электрическими свойствами УВСО пленок. Температура перехода наиболее сильно коррелирует с искажениями решетки микроблоков. Плотность критического тока наиболее сильно коррелирует с разориентацией микроблоков. Поверхностное СВЧ сопротивление сильно коррелирует с объемом доменов с большими углами разориентации и, меньше, - с разориентацией микроблоков. Все сверхпроводящие свойства УВСО пленок сильно подавляются при высоких температурах осаждения (Г</ выше 720 °С), когда объем областей с пониженными сверхпроводящими свойствами, локализованных вокруг СиО частиц, превышает допустимый порог для протекания тока по областям пленок с оптимальными свойствами.

В заключении автор хотел бы искренне поблагодарить сотрудников ИФМ РАН, совместная работа и научное общение с которыми сделали возможным появление настоящей диссертации:

Б. А. Володин, JI. В. Киселева, В. В. Рогов, JI. В. Суходоев, - помощь в изготовлении образцов; Р. К. Белов, Н. В. Востоков, С. А. Гусев, Ю. Н. Дроздов, Д. В. Мастеров, В. JI. Миронов, Ю. Н. Ноздрин, В. В. Таланов - определение параметров образцов и многочисленные полезные обсуждения;

С. В. Гапонов, М. Н. Дроздов, А. Ю. Климов, Е. Б. Клюенков, В. В. Курин, А. С. Мельников, С. А. Павлов, А. Е. Парафин, А. Н. Резник, С. А. Чурин - плодотворные стимулирующие дискуссии и критические замечания.

Автор признателен U. Helmersson (Lincoeping University, Sweden), P. Seidel (Jena University, Germany), R. Wordenweber (FZ Jülich, Germany) за дискуссии и полезные замечания. Автор благодарен ряду участников конференции 1998 Applied Superconductivity Conference за предоставление репринтов статей до их публикации.

Автор хотел бы поблагодарить семью и близких за неоценимые внимание и поддержку, без которых данная работа не могла бы состояться.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Воробьев, Андрей Константинович, 1999 год

1. Handbook of Applied Superconductivity, Edited by Bernd Seeber, University of Geneva, Switzerland, 1998.

2. Dirk Reimer, An Introduction to HTS, University of Hamburg, Germany, 1998.

3. J. G. Bednorz and K. A. Muller, Z Phys., B64,1986, p. 189.

4. C. W. Chu et a!., Phil. Mag. Lett., 1997, vol. 75, No 1, p. 15.

5. J. Evetts, ed. Concise Encyclopedia of Magnetic and Superconducting Materials, Pergamon Press, Ltd., N.Y., 1992.

6. Bertram J. Batlogg, Robert Buhrman, Jon R. Clem, at al., New Research Opportunities in Superconductivity IV, Journal of Superconductivity, v. 10, No 6, .1997, pp. 583-621.

7. A. Goyal, D. P. Norton, D. K. Christen, et al., Epitaxial superconductors on rolling-assisted biaxially-textured substrates (RABiTS): a route towards high critical current density wire, Appl. Supercond., v. 4, Nos. 10-11, pp. 403-427.

8. M. Strikovsky, G. Linker, S. Gaponov, et al., Grain-misorientation control of the critical current in high-/c. epitaxial YBajCujCb/SrTiCb films, Phys. Rev. B, v. 45, N. 21, 1992, p. 12 522-12 526.

9. Strikowsky M. D., Kluenkov E. В., Gaponov S. V. et al., Appl. Phys. Lett., 1993, v. 63, No 8, pp. 11461148.1. Глава I.

10. Bertram J. Batlogg, Robert Buhrman, Jon Rowell, et al., New Research Opportunities in Superconductivity IV, Jornal of Superconductivity, Vol.10, No. 6,1997.

11. A. C. Westerheim, Alfredo C. Anderson, D. E. Oats, et al., Relation between electrical properties and microstructure of YBa2Cu307.x thin films deposited by single-target off-axis sputtering, J. Appl. Phys., 75(1), 1994, p. 393-403.

12. Nathan Newman and W. Gregory Lyons, Review, High-temperature Superconducting microwave devices: fundamental issues in materials, physics, and engineering, Journal of Superconductivity, v. 6, N. 3, 1993.

13. J. S. Herd, J. Halbritter, K. G. Herd, Microwave Power Dependence of HTS Thin Film Transmission Lines, IEEE Trans onAppl. Supercond., v. 5, N. 2, 1995, p. 1991-1993.

14. Gao Y., Merkle K. L., Bai G., Structure and composition of grain boundary dislocation cores and stacking faults in MOCVD-grown YBa2Cu3Oy thin films, Physica C, 1991, v. 174, p. 1-10.

15. Suzuki H., Fujiwara Y., Hirotsu Y., et al., In-plane orientations and grain boundaries of YBa2Cu3Oy thin films on MgO(lOO) substrates grown by metalorganic chemical vapour deposition, Japan. J. Appl. Phys., 1993, v. 32, p. 1601-1611.

16. Suzuki H., Kurosawa H., Miyagawa K., et al., Thin films structure of YBa2Cu3Oy on MgO(lOO) substrates studied by ТЕМ,, Japan. J. Appl. Phys., 1990, v. 29, N 9, p. L1648-L1651.

17. T. Jacobs, K. Numssen, R. Schwab, et al., Temperature dependence of surface resistance R(T, со) and mean free path 1(T) of YBCO-superconductors, 1996 Applied Superconductivity Conference, Aug. 25-30, Pittsburgh, USA, 1996.

18. Осипьян Ю. А., Афоникова H. С., Емельченко Г. А., Парсемян Т. К., Шмытько И. М., Шехтман В. Ш., Письма в ЖЭТФ, 1987, т. 46, № 5, с. 189.

19. Ю. Н. Дроздов, неопубликовано.

20. S. J. Pennycook, М. F. Chisho}m, D. Е. Jesson, et al., Growth and relaxation mechanisms of YBa2Cu307.x films, Physica C, 202 (1992), p. 1-11.

21. В. И. Симонов, В. H. Молчанов, Р. А. Тамазян, Структурные исследования высокотемпературных сверхпроводников, в кн. "Кристаллы. Рост, структура, свойства.", Сб. науч. трудов, М. Наука, 1993.

22. Н. Glaus, U. Gebhard, G. Linker, et al., Phase separation in YBa2Cu3Oys single crystals near 5=0, Physica С 200(1992), p. 271-276.

23. И. H. Куропятник, A. H. Лавров, H. Г. Наумов и др., Распад на фазы и сверхпроводимость в YBa2Cu306+x при х > 0,94, Сверхпроводимость: физика, химия, техника, т. 8. N. 3, с. 494-499, 1995.

24. V. Matijasevic, P. Rosenthal, К. Shinohara, et al., J. Mater. Res., 6,682 (1991).

25. T. Yoshitake, W. Hattori, and S. Tahara, Effect of copper deficiency on the structure and microwave properties of YBa2Cu307.s films deposited by laser ablation, J. Appl. Phys., 84(4), 1998, p. 2176-2180.

26. T. Yoshitake, W. Hattori, and S. Tahara, Copper composition dependence of structure and microwave properties in Y-Ba-Cu-0 films, presented at 98 Applied superconductivity Conference and to be submitted to IEEE Trans, on Appl. Supercond.

27. B. Schulte, M. Maul, P. Haussler, et al., Compositional effects in YxBayCu207.8 thin films prepared by metalorganic chemical vapor deposition, Appl. Phys. Lett., 62(6), 1993, p. 633-635.

28. N. G. Chew, J. A. Edwards, R. G. Humphreys, et al., Effect of Composition and Oxigen Content on the Microwave Properties of Evaporated Y-Ba-Cu-0 Thin Films, IEEE Trans, on Appl. Supercond., vol. 5, N. 2, 1995, pp. 1167-1172.

29. E. Waffenshmidt, К. H. Waffenshmidt, F. Arndt, et al., Local stoichiometry measurement of Y-Ba-Cu-0 thin layers grown by metal organic chemical vapor deposition, J. Appl. Phys., 75(8), 1994, p/ 4092-4096.

30. Zhenghe Han, Т. I. Selinder, and U. Helmersson, Fopmation of Cu-rich particles on the surface of YBa2Cu307.x thin film grown by in situ off-axis sputtering, J. Appl. Phys., 75(4), 1994, pp. 2020-2025.

31. К. Verbist, A. L. Vasiliev, and G. Van Tendeloo, Y203 inclusions in YBa2Cu307.5 thin films, Appl. Phys. Lett, 66(11), 1995, pp. 1424-1426.

32. L. Luo, M. E. Hawley, C. J. Maggiore, et al., Spiral growth in epitaxial YBa2Cu307.x thin films produced by high deposition rate chemical vapor deposition, Appl. Phys. Lett., 62(5), 1993, p. 485-486.

33. С. О. Климонский, Технология получения и свойства тонких ВТСП-пленок, Сверхпроводимость: исследования и разработки, 1995, № 5-6, с. 116-127.

34. Julia М. Philips, Substrate selection for high-temperature superconducting thin films, J. Appl. Phys., 79(4), 1996, pp. 1829-1848.

35. Каталог фирмы Crystal GmbH, Germany, 1995.

36. Каталог фирмы Crystal Lattice Technology, Inc., USA, 1995.

37. W. Prusseit, B. Utz, P. Berberich, High quality YBa2Cu307 films on large substrates including Si and GaAs, Physics Dept. ЕЮ, Technical University Munich, Germany.

38. Hudner J., Ostling M„ Ohlsen H., J. Appl. Phys., v. 73, No 6, 1993, pp. 3096-3098.

39. Matijasevic V. C., Lu Z., Soble C., Reactive evaporation of YBCO films for passive microwave applications, IEEE Trans, on Appl. Supercond., in press.

40. О. Ю. Горбенко, В. H. Фуфлыгин, А. Р. Кауль, Получение тонких пленок ВТСП методом MOCVD, Сверхпроводимость: исследования и разработки, 1995, № 5-6, с. 38-81.

41. ПерсТ, 1998, т. 5, в. 9, с. 7.

42. Matsuno S., Uchikawa F., Utsunomiya S., Nakabayashi S., Metalorganic chemical vapor deposition using a single solution source for high Jc YBa2Cu3Oy superconducting films, Appl. Phys. Lett., 1992, v. 60, No 19, pp. 24272429.

43. Э. H. Соболь, В. H. Багратишвили, А. Н. Жерихин, А. П. Свиридов, Лазерное напыление ВТСП пленок, Сверхпроводимость: исследования и разработки, 1995, № 5-6, с. 94-131.

44. Kautek W., Roas В., Schultz L. Н., Thin Solid Films, 1990, v. 191, No 2, pp. 317-334.

45. Предтеченский M. P., Бобренок О. Ф., Васильева И. Г. и др., СФХТ, 1994, т. 7, № 5, с. 851-859.

46. Lee Е. Н, Song I., Jeon D. Y., Fabrication of large-area and double-side YBa2Cu3Oy thin films using off-axis pulsed laser deposition, 1998 Applied Superconductivity Conference, Sept. 13-18, 1998, Palm Desert, California, Abstracts Book, p. 308.

47. Biegel W., Kuhn M., Schey В., Strizker В., Large area pulsed laser deposition of YBCO thin films, 1998 Applied Superconductivity Conference, Sept. 13-18, 1998, Palm Desert, California, Extended Abstracts Book, p. 308.

48. О. Г. Вендик, Ю. H. Горин, В. Ф. Попов, Корпускулярно-фотонная технология, М., Высш. школа, 1984,238 с.

49. Watanabe Y., Appl. Phys. Lett., 1994, v. 64, No 10, pp. 1295-1297.

50. Koga Т., Moon В. M., Zakharchenko I. et al., IEEE Trans, on Magn., 1993, v. 29, No 6, pp. 3601-3603.

51. Kinoshita K., Ishibashi H., Kobayashi Т., Jpn. J. Appl. Phys., pt. 2, 1994, v. 33, No 3B, pp. L417-L420.

52. Strikowsky M. D., Kluenkov E. В., Gaponov S. V. Et al., Appl. Phys. Lett., 1993, v. 63, No 8, pp. 11461148.

53. Б. С. Данилин, Магнетронные распылительные устройства для осаждения пленок высокотемпературных сверхпроводников, Обзоры по высокотемпературной сверхпроводимости, в. 4(8), 1992, с. 101-151.

54. R. A. Rao, Q. Gan, С. B. Eom et al., Uniform deposition of YBa2Cu307 thin films over an 8 inch diameter area by a 90° off-axis sputtering technique, Appl. Phys. Lett., 69(25), 1996, pp. 3911-3913.

55. Лабунов В. А., Борисенко В. E., Воеводин Ю. Э., Грибковский В. В., Получение, свойства, применение тонких пленок керамических высокотемпературных сверхпроводников, Зарубежная электронная техника, в. 3,1989, с. 3-57.

56. Nakao Akutsu, Masao Fukutomi, Kazuhiko Katon et al., Preparation of high-Tc Y-Ba-Cu-0 films by three-target magnetron sputtering, Jp. J. Appl. Phys., v. 29, No 4, 1990, pp. L604-L606.1. Глава II.

57. A. M. Гришин, И. В. Никонец, В. А. Хохлов, Получение ВТСП-пленок системы RBa2Cu307x (R = Y, редкая земля) с применением методов ионного распыления, Обзоры по высокотемпературной сверхпроводимости, в. 1(5), 1991, с. 44-57.

58. Pinto R., Kumar D., Pai S. P. et al., SupercondSci. Technol., 1994, v. 7, No 3, pp. 95-98.

59. Tomlinson E. J., Barber Z. H., Morris G. W. et al., Optimization of thin film YBa2Cu307 deposition by dc sputtering onto sapphire substrates, IEEE Trans. Magn., v. 25, No 2,1989, pp. 2530-2533.

60. Yeh J. J., Hong M., and felder R. J., In situ formation of YBa2Cu307 thin films by physical sputtering, Appl. Phys. Lett., v. 54, No 12, 1989, pp. 1163-1165.

61. Wehner G. K., Sputtering of multicomponent materials, J. Vac. Sci. Technol., Al, No 2, 1983, pp. 487-490.

62. Grove W. R., Phil. Trans. Roy. Soc. London, v. 142, p. 87(1852).

63. Технология тонких пленок (справочник). Под ред. Л. Майссела, Р. Глэнга, Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. Под ред. М. И. Елинсона, Г. Г. Смолко. Т. 1. М., Сов. радио, 1977.

64. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой, Под ред. Р. Бериша, Пер. с англ., Под ред. В. А. Молчанова, М. Мир, 1986.

65. F. М. Penning and J. Н. A. Moubis, К. Ned. Akad. Weten., 43(1940), p. 41 (in English).

66. F. M. Penning, Physika, III (1936), p. 873 (in German).1.. Alan S. Penfold, Early days of magnetron sputtering an enigma, Thin Solid Films, 171(1989), pp. 99-108.

67. Лабунов В. А., Данилович H. И., Уксусов А. С., Минайчев В. Е., Современные магнетронные распылительные устройства, Зарубежная электронная техника, № 10, 1982, с. 3-100.

68. Y. Shintani, K. Nakanishi, T. Takawaki and O. Tada, J. J. Appl. Phys., 14(1975), p. 1875.

69. J. Geerk, G. Linker, O. Meyer, Epitaxial growth and properties of YBaCuO thin films, Institut fur Nukleare Festkorperphysik, KfK 4601,1989.

70. S. N. Ermolaev, V. A. Marchenko, V. Zh. Rozenflantz and A. G. Znamenski, Resputtering effects during magnetron sputtering of Y-Ba-Cu-O, Thin Solid Films, 204(1991), pp. 229-237.

71. X. X. Xi, T. Venkatesan, Q. Li, et al., Preparation of thin film high temperature superconductors, IEEE Trans, on Magn., v. 27, № 2, 1991, pp. 982-989.

72. P. J. Clarke, J. Vac. Sci. Tech., 14, (1977), p. 141.

73. J. Geerk, X. X. Xi, H. C. Li, et al., Superconducting properties of HTSC thin films prepared in situ by single target deposition, International Journal of Modern Physics B, v. 3, No. 6 (1989), pp. 923-932.

74. Simultaneous double-sided deposition of high temperature superconductors for microwave components, Published by Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Technik und Umwelt, Postfach 3640, D-76021 Karlsruhe, Germany. State as of October 1997.

75. Y. Lemaitre, D. Mansart, B. Marcilhac, et al., Double-sided sputtering deposition of YBa2Cu307.5 thin films on 2" LaA103 wafers for microwave applications, IEEE Trans. Appl. Supercond., in press.

76. Т. I. Selinder, G. Larsson, U. Helmersson, Target presputtering effects on stoichiometry and deposition rate of Y-Ba-Cu-0 thin films grown by dc magnetron sputtering, Appl. Phys. Lett., 52(22), 1988, pp. 1907-1909.

77. Ефимов И. E., Козырь И. Я., Горбунов Ю. И., Микроэлектроника. Физические и технологические основы, надежность, М., Высш. шк., 1986,464 с.

78. Chromik S., Sith J., Strbik V. et al., High Tc Y-Ba-Cu-0 thin films on Si substrates, J. Appl. Phys., v. 6, No 3, 1989, pp. 1477-1480.

79. Brown R., Pendric V.,Appl. Phys. Lett., 1990, v. 57, No 13, p. 1351.1. Глава III.

80. J. Hudner, O. Thomas, E. Mossang, et al., Thin-film growth and compositional effects in YBa2Cu307.x layers prepared by metalorganic chemical vapor deposition, J. Appl. Phys., 74(7), 1993, p. 4631-4642.

81. J. Gao, W. H. Wong, Investigation on surface morphology of sputtered YBa2Cu3Ox thin and ultrathin films, Physica C, 251, 1995, pp. 330-336.

82. C. N. L. Johnson, U. Helmersson, L. D. Madsen, et al., Reduction of surface particles on YBa2Cu307.g thin films through the use of non-stoichiometric sputtering targets and N20 in the sputtering gas, J. Appl. Phys., 77(12), 1995,pp. 638-6393.

83. J. Gao, W. H. Wong, J. Xhie, Formation of outgrowths at the initial growing stage of YBa2Cu3Ox ultrathin films on Zr02 substrates, Appl. Phys. Lett., 67(15), 1995, pp. 2232-2234.

84. Y. Terashima, H. Kayano, M. Yamazaki, et al., Microwave surface resistance of epitaxial YBa2Cu307.x films, Physica C, 254(1995), p. 69-76.

85. E. К. Гольман, Д. А. Плоткин, С. В. Разумов и др., Получение толстых пленок YBa2Cu307.x на сапфире с подслоем оксида церия, ЖТФ, т. 69, № 1, 1999, с. 94-98.

86. Е. J. Cukauskas, L. Н. Allen, G. К. Sherrill, et al., Morphology and transport of YBa2Cu307.x sputtered in argon, oxigen, and hydrogen: Dependence on deposition temperature, J. Appl. Phys.,74(11), 1993, p. 6780-6787.

87. W. Rauch, H. Behner, G. Gieres, et al., DC-magnetron sputtering of YBa2Cu307.5 thin films for microwave applications, Physica C, 198(1992), p. 389-396.

88. С. C. Chang, X. D. Wu, R. Ramesh, et al., Origin of surface roughness for c-axis oriented Y-Ba-Cu-0 superconducting films, Appl. Phys. Lett., 57(17), 1990, pp. 1814-1816.

89. M. Ece, E. G. Gonzalez, H. U. Habermeier, et al., Evolution of morphlogy, cristallinity, and growth modes of thin superconducting YBa2Cu307.8 films on SrTi03 and NdGa03 substrates, J. Appl. Phys., 77(4), 1995, pp. 16461653.

90. J. Z. Liu, Y. J. Tian, L. Li, et al., Effect of structure and morphology on resistive loss at 10 GHz of the large-area laser-deposited YBa2Cu307 thin films, J. Appl. Phys. 77(3), 1995, p. 1165-1170.

91. J. A. Alarco, G. Brorsson, H. Olin, et al., Early stages of growth of YBa2Cu307.5 high Tc superconducting films on (001) Y-Zr02 substrates, J. Appl. Phys., 75(6), 1994, p. 3202-3204.

92. A. Kuhle, J. L. Skov, S. Hjorth, et al., Smooth YBa2Cu307.x thin films prepared by pulsed laser deposition in 02/Ar atmosphere, Appl. Phys. Lett., 64(23), 1994, pp. 3178-3180.

93. C. S. Huang, T. Y. Tseng, В. C. Chung, et al., Modification on the surface of superconducting YBa2Cu307.x films by microwave plasma-enhanced pulsed laser deposition, J. Appl. Phys., 78(12), 1995, pp. 7181-7185.

94. J. Auge, M. Jansen, H. G. Roskos, et al., Optimization of the surface morphology of magnetron-sputtered YBa2Cu307.x films, Appl. Phys. Lett., 64(23), 1994, pp. 3166-3168.

95. B. Lewis and D. S. Campbell, Nucleation and Initial-Growth Behaviour of Thin-Film Deposits, J. Vac. Sci. And Tech., v. 4, no. 5,1967, pp. 209-218.

96. J. -P. Locquet, Y. Jaccard, C. Gerber, et al., Origin of Cu-rich precipitate formation on superconductor films: A competition between nucleation, oxidation, and growth kinetics, Appl. Phys. Lett., 63(10), 1993, p. 14261428.

97. A. Harsta and J.-O. Carlsson, J. Cryst. Growth, 110, 1991, p. 631.

98. J. Santiso, A. Moya and F. Baudenbacher, Stoichiometry and surface morphology of YBa2Cu307 thin films prepared by off-axis laser ablation, Appl. Phys. Lett., 1996.

99. T. I. Selinder, U. Helmersson, Z. Han, et al., Yttrium oxide inclusions in YBa2Cu3Ox thin films, Physica C, 202, 1992, pp. 69-74.

100. S. M. Rossnagel, and J. J. Cuomo, Film modification by low energy ion bombardment during deposition, Thin Solid Films, 171 (1989), pp. 143-156.

101. С. А. Кукушкин, А. В. Осипов, Процессы конденсации тонких пленок, Успехи физических наук, т. 168, № ю, 1998, с. 1083-1116.

102. Gong J., Kawasaki M., Fujito К., et al., Suppression of precipitate formation in heteroepitaxial growth of YBa2Cu307.5 film on misoriented SrTi03 substrates, Jap. J. Appl. Phys., Pt. 2, 1994(33), № 1(A), pp. 20-23.

103. К. Jl. Чопра, Электрические явления в тонких пленках, Пер. с англ., Под ред. Т. Д. Шермергора, М., Мир, 1972.

104. Физические величины, Справочник, А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др., М.: Энергоатомиздат, 1991,-1232 с.

105. Физико-химические свойства окислов, Справочник, под. ред. Г. В. Самсонова, М., Металлургия, 1978.

106. Свойства неорганических соединений, Справочник, Ефимов А. И. и др., Д., Химия, 1983, 392 с.

107. I. Irisawa, Y. Arima, T. Kuroda, Periodic changes in the structure of a surface growing under MBE conditions, J. Cryst. Growth, 99(1990), p. 491-495.

108. В. В. Мамутин, К механизму роста кристаллически совершенных ВТСП пленок, Письма в ЖТФ, т. 20, в. 15, 1994, с. 13-16.

109. Б. Н. Ильин, О перколяционной модели гранулированных сверхпроводящих пленок, Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1994, т. 7, N 3, с. 448-450.

110. Niclas Johnson, Department of Physics Lincoeping University, S-581, 83, Lincoeping, Sweden, частное сообщение, 28.11.1995.1. Глава IV.

111. J. Halbritter, rf residual losses, surface impedance, and granularity in superconducting cuprates, J. AppL Phys., 68(12), 1990, p. 6315-6326.

112. P. Chaudhari, J. Mannhart, D. Dimos, et al., Direct measurement of the Superconducting Properties of Single Grain Boundaries in YiBa2Cu307.s, Phys. Rev. Lett., v. 60, N. 14, 1998, p. 1653-1656.

113. D. Dimos, P. Chaudhari, J. Mannhart, et al., Orientation Dependence of Grain-Boundary Critical Currents in У,Ва2Сиз07^ Bicrystals, Phys. Rev. Lett., v. 61, N. 2, 1998, p. 219-222.

114. D. Dimos, P. Chaudhari, and J. Mannhart, Phys. Rev. B, 41,4038(1991).

115. В. M. Lairson, S. K. Streiffer, and J. C. Bravman, Phys. Rev. B, 42, 10067, (1990).

116. S. Jin, G. W. Kammlott, S. Nakahara, et al., Science 253,427, (1991).

117. Li Y. Q., Zhao J., Chern C. S., et al., Effects of composition on microstructure and superconducting properties of YBa2Cu3Oy thin films prepared by plasma enhanced metalorganic chemical vapor deposition, Physica C, 1992, v. 195, p. 161-170.

118. Thomas O., Hudner J., Oestling M., et al., Grown and properties of MOCVD YBa2Cu3Oy thin films, J. Alloys & Сотр., 1993, v. 195, p. 287-290.

119. S. Jin, Т. H. Tiefel, and G. W. Kammlott, Appl. Phys. Lett, 59, 540, 1990.

120. K. Sakuta, M. Iyori, Y. Katayama, et al., Effect of Discharge Gas Pressure on YBaCuO Epitaxial Film Formation by Reactive RF Magnetron Sputtering, Jap. J. Appl. Phys., v. 29, No. 4, 1990, pp. L611-L613.

121. Kazushige Takeshi, Tetsuyoshi Shiota, Tsunehiro Hatou, et al., Superconducting properties of Y-Ba-Cu-0 thin films prepared by RF magnetron sputtering with a grid electrode, Jap. J. App. Phys., v. 28, N. 3, 1989, pp. L434-L436.

122. Yu. N. Nozdrin, P. P. Visheslavtzev, I. D. Tokman, I. M. Gordion, A laser-magnetic tomography for HTSC film, IEEE Trans, Appl. Supercond., 5, 1424 (1995).

123. Basovich A. Ya., Belov R. K., Markelov V. A., Mazo L. A., Pavlov S. A., Talanov V. V., Varganov A. V., J. Supercond., 1992, v. 5, No 6, p. 497.

124. Ю.Н. Дроздов, С.А. Павлов, A.E. Парафин, Влияние низкотемпературного отжига на свойства тонких пленок УВа2Си307.5, Письма в ЖТФ. 24,1,55-58, (1998).

125. S. S. Laderman, R. С. Taber, R. D. Jacowitz, et al., Resistive loss at 10 GHz in c-axis-aligned in-situ-grown YBa2Cu307 films, Phys. Rev. B, v. 43, N. 4, pp. 2922-2933, 1991.1. Глава V.

126. W. D. Westwood, MRS Bulletin, 13(1988), p. 47.

127. M. Muroi, T. Matsui, Y. Koinuma, et al., Low temperature syntesis of YBa2Cu307s thin films, J. Mater. Res., 4(4), 1989, pp. 781-786.

128. W. Shi, J. Sun, L. Liu and Zh. Oi, Preparation of YBaCuO films by DC magnetron sputtering, Supercond. Sci. Tech., 1(1989), pp. 312-315.

129. A. G. Zaitsev, R. Kutzner, R. Wordenweber, et al., Large-area YBa2Cu307^ films on sapphire with excellent microwave power handling capability, J. of Supercond., v. 11, № 13, 1998, pp. 361-365.

130. Z. Barkay, D. Racah, E. Grunbaum, and G. Deutscher, Effect of substrate defects on the properties of high Tc superconducting thin films, J. Appl. Phys., 73(11), 1993, pp. 7585-7590.

131. A. M. Kadin, P. H. Ballentine, J. Argana, R. C. Rath, High temperature superconducting films by rf magnetron sputtering, IEEE Trans, on Appl. Supercond., v. 25, № 2,1989, pp. 2437-2440.

132. H. Morita, K. Watanabe, Y Murakami, et al., Critical current density and its hysteresis in magnetic field for Ba-Y-Cu-0 films prepared by a sputtering technique, J. J. Appl. Phys., v. 28, № 4, 1989, pp. L 628-L 630.

133. С. B. Fleddermann, Optical emission spectroscopy during sputtering of Y-Ba-Cu-oxide targets, J. Appl. Phys., 67(8), 1990, pp. 3815-3820.

134. M. H. Дроздов, В. M. Данильцев, Н. Н. Салащенко, Н. И. Полушкин, О. И. Хрыкин, В. И. Шашкин, Послойный оже анализ сверхвысокого разрешения: проблема минимизации аппаратурных погрешностей, Письма в ЖТФ, т. 21, в. 18, 1995, с. 1-7.

135. Pickering H.W., J. Vac. Sci. Technol, v. 13, 618 (1976).

136. Ho P.S., Lewis J.E., Wildman H.S., Howard J.K., Surf. Sci., v. 57, p. 393, (1976).

137. N. Q. Lam, Ion bombardment effects on the near-surface composition during sputter profiling. Surface and Interface Analysis, v. 12, pp. 65-77, (1988).

138. Masaki Maeda, Mikio Kadoi and Takuro Ikeda, The phase diagram of the Y01.5-Ba0Cu0 ternary syste-mand growth of YBa2Cu307 single crystals, J. J. Appl. Phys., v. 28, No 8, pp. 1417-1420, (1989).

139. Atsushi Ando, Koichiro Saiki, Keiji Ueno and Atsushi Koma, Low-energy electron energy loss spectroscopy on YBa2Cu307.g, J. J. Appl. Phys., v. 27, No 3, pp. L304-L307, (1988).

140. J.R. Gavaler, J. Talvacchio, and R.W. Weinert, Effect of oxige-doping on Tc and Rs of YBCO films, IEEE Trans, on Appl. Supercond., v. 5, No. 2, pp. 1173-1176, (1995).

141. W. D. Westwood, Calculation of deposition rates in diode sputtering systems, J. Vac. Sci. Technol., 15(1), 1978, pp. 1-9.

142. J. H. Jeans, in The Dynamical Theory of Gases (Dover New York, 1954).

143. S. M. Rossnagel, Magnetron plasma diagnostic and processing implications, J. Vac. Sci. Technol., A 6(3), 1988, pp. 1821-1826.

144. Попов В. Ф., Горин Ю. Н., Процессы и установки электронно-ионной технологии, М., Высш. шк., 1988.

145. Райзер Ю. П., Физика газового разряда, М., Наука, 1987.

146. V. G. Beshenkon, V. A. Marchenko, and A. G. Znamenskii, Silikon anodik-plasma oxidation during magnetron sputtering of yttria-stabilized zirconia, Appl. Phys. Lett., 65(2), 1994, pp. 156-158.

147. Черняев В. Н., Глудкин О. П., Тянгинский А. Ю. и др., Влияние ионизации на распределение конденсата в процессах вакуумного осаждения тонких пленок, Электронная техника, Сер. ТПО, в. 6, 1980.

148. R. Н. Kirchhoff, Е. W. Peterson, L. Talbot, Экспериментальное исследование характеристик цилиндрического зонда Ленгмюра на переходном режиме, Ракетная техника и космонавтика, 1971, N. 9, с. 30-41.

149. Е. W. Peterson, L. Talbot, Измерения одиночными и двойными электростатическими зондами в бес-столкновительной плазме, Ракетная техника и космонавтика, 1970, т. 8, N. 12, с. 126-132.

150. Список работ автора по теме диссертации

151. A3. Б.А. Володин, А. К. Воробьев, Ю. Н. Дроздов, Е. Б. Клюенков, Ю. Н. Ноздрин, А. И. Сперанский, В. В. Таланов, YBCO тонкие пленки большого размера для СВЧ - применений, Письма в ЖТФ, т. 21, в. 16, с. 91 -95, 1995.

152. A14. А. К. Воробьев, H. В. Востоков, С. В. Гапонов, Е. Б. Клюенков, В. Л. Миронов, Исследование неоднородностей в тонких пленках высокотемпературных сверхпроводников методами сканирующей зондовой микроскопии, Письма в ЖТФ, 1999, т. 25, № 4, с. 68-73.