Что нового можно еще придумать в методе импульсного лазерного осаждения?
2006, Tом 3, выпуск 1
Тематика: Фундаментальные исследования
Достаточно много работ в последнее время выполняется на монокристаллических подложках с надеждой в будущем использовать полученные результаты в технологии 2G ВТСП. Конечно, такие надежды могут и не оправдаться, так как проблемы окисления металлической ленты и химического взаимодействия со слоем ВТСП можно игнорировать только до тех пор, пока эксперименты проводятся с оксидными монокристаллическими подложками. Тем не менее, красивые идеи заслуживают быть упомянутыми.
В совместной работе [1] сотрудников Univ. Cam-bridge (Англия) и Los Alamos Nat. Lab. (США) с участием Яна Эветта (памяти которого была по-священа последняя конференция EUCAS) для реализации высоких скоростей роста слоя ВТСП (авторами достигнуто значение ~ 120 мкм/час!) предложен гибридный процесс осаждения пленок YBa2Cu3O7-x. Как известно, метод жидкофазной эпитаксии обеспечивает быстрый рост пленки YBa2Cu3O7-x (при правильном подборе материала подложки), но плотность критического тока в таких пленках невелика из-за отсутствия достаточного количества центров пиннинга. Чтобы включения другой фазы могли образовываться в матрице фазы ВТСП, необходимо изменить соотношение количеств твердой фазы и расплава при кристаллизации. Жидкой фазы должно быть мало – идеально, если она образует лишь тонкий слой на поверхности растущей пленки (при жидкофазной эпитаксии реализуется обратная ситуация – эпитаксиальная плен-ка кристаллизуется обычно из избытка жидкой фазы). При этом фазовый состав пленки эффективно контролируется температурой осаждения.
В эксперименте [1] само осаждение проводили методом импульсного лазерного распыления. Сначала на подложку наносили тонкую пленку, которая в условиях кристаллизации YBa2Cu3O7-x находилась в жидкофазном состоянии (это достигается сильным обеднением состава мишени по Y – до 1 % мол.). Затем распыляли мишень с катионным составом, близким к стехиометрии YBa2Cu3O7-x. Оптимальные условия роста отвечали температуре 870оС при P(O2)=100 Па. При этом образовалась эпитаксиальная матрица YBa2Cu3O7-x с когерентными нановк-лючениями Y2O3 (случай детально описанный в литературе по пленкам ВТСП еще лет десять назад). Полевые и ориентационные зависимости плотности критического тока, достигающего 1,2 МA/см2 (77 K) в пленке толщиной 2,9 мкм, в целом, очень типичны для эпитаксиальных пленок, полученных методом лазерного осаждения, за исключением того, что эти параметры получали при скорости осаждения почти на 2 порядка более высокой, чем при традиционной технологии.
Другой способ контролируемого формирования нановключений в методе импульсного лазерного распыления предлагается в совместной работе исследователей из Dayton Res. Inst. и Air Force Res. Lab. (США) [2]. Авторы пытались преодолеть недостатки композитных мишеней (невозможность управления содержанием включений при использо-вании одной и той же мишени) или нескольких однофазных мишеней (ламельная форма включений). Для этого использовали мишень в виде диска, состоящего из секторов различных чистых фаз, например, большого сектора YBa2Cu3O7-x и маленького сектора Y2BaCuO5 (Y211). В ходе импульсного лазерного испарения мишень вращалась со скоростью нескольких десятков оборотов в минуту, что позволяло управлять как концентрацией, так и раз-мером включений в пленке. При использовании секторных мишеней достигается значительное уси-ление пиннинга по сравнению с однофазными мишенями. Так, в поле 9 Тл при 65 К плотность критического тока в пленке толщиной 0,5 мкм возрастает в 10 раз. Увы, структурная характеристика полученных пленок оставляет желать лучшего. Ска-нирующая электронная микроскопия указывает на наличие включений размером 10-20 нм, которые авторы считают ответственными за пиннинг и почему-то называют сферическими, хотя приводимые фотографии об этом не говорят. Химическая природа этих включений остается неизвестной. Но вероятно, это не Y211, так как кроме включений наблюдаются еще и многочисленный поры размером 100-200 нм, которые объясняются отсутствием ко-герентности структур YBa2Cu3O7-x и Y211. Вероятно, это надо понимать так, что эти поры возникают над включениями Y211 в матрице YBa2Cu3O7-x. В целом, работа оставляет много вопросов. Например, а не лучше ли использовать сектор не из Y211, а из Y2O3? Как минимум, при этом не должно возникать пор, одни только когерентные нановключения, эф-фективность которых хорошо известна.