Дефекты эпитаксильных YBa2Cu3O7 пленок как источники фликкер-шума тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ
|
Бобыль, Александр Васильевич
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Санкт-Петербург
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1999
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.07
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
РГ6 од
- I дан *
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ им. А. Ф. ИОФФЕ РАН
На правах рукописи
БОБЫЛЬ Александр Васильевич
ДЕФЕКТЫ ЭПИТАКСИЛЬНЫХ УВа2Си307 ПЛЕНОК КАК ИСТОЧНИКИ
ФЛИККЕР-ШУМА
. Специальность: 01.04.07 - физика твердого тела
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Санкт-Петербург 1999 г.
Работа выполнена на кафедре физики твердого тела Санкт-Петербургского государственного технического университета.
Научный консультант: член-коорреспондент РАН , доктор физико-математических наук, профессор
Официальные оппоненты:
член-корреспондент РАН,
доктор физико-математических наук,
профессор
Р.А.Сурис.
С.В. Гапонов,
доктор технических наук, профессор
доктор физико-математических наук, профессор
О.Г. Вендик,
М.Е. Левинштейн,
Ведущая организация: Институт физики твердого тела РАН Защита состоится " / т "/Ч^узггй-, 2Р6о г. в
часов на
заседании специализированного совета Д 003.23.03 при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.
Автореферат разослан " Ч " ¡ух^у Ц10 <£ г.
Ученый секретарь
специализированного совета Д 003.23 кандидат физико-математических на;
А.А.Петров
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Открытие высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) многокомпонентных оксидов [1] привело к развитию ростовых и постростовых технологий УВа2Си307 эпитаксиальных пленок, к проведению интенсивных исследований их структурных и электрофизических свойств в широком спектре фундаментальных и прикладных задач. На основе этих пленок были разработаны макеты практически всех известных планарных приборов микро- и СВЧ-электроники. Вскоре выяснилось, что хотя УВа2Си307 эпитаксиальные пленки и являются весьма перспективными для прикладных задач среди других ВТСП оксидов, однако даже лучшие образцы имеют значительную концентрацию различных дефектов и являются пространственно неоднородными. (Особо контрастной ситуация выглядит по сравнению с уровнем дефектности полупроводниковых пленок.) В результате оказалось, что параметры ВТСП приборов быстро деградировали, их процент выхода годных был маленьким и они имели высокий уровень низкочастотного фликкер-шума (ФШ) [2].
Возникшая ситуация является следствием двух причин:
• Многокомпонентность ВТСП оксидов, которая приводит к
О большому количеству и широкому разнообразию типов подвижных
дефектов: точечных кислородных, катионных, их комплексов, О наличию размерных образований: включений конкурирующих фаз, близких стехиометрических составов, дислокаций, их скоплений.
• Напряженность эпитаксиальных ВТСП пленок, которая обусловлена
О наличием значительных рассогласований параметров решеток ВТСП
пленок и используемых подложек, а также О большим несоответствием коэффициентов их термического расширения.
Основным термодинамическим процессом, непрерывно протекающем в напряженной пленке, является частичное уменьшение упругой энергии на этапах послеростовых технологий и последующей жизни пленки по мере релаксации этого ансамбля подвижных дефектов к равновесному состоянию. Текущими признаками этой релаксации является интенсивный ФШ, а возможным конечным результатом - фазовое расслоение пленки и полная деградация ее свойств в течение нескольких месяцев и менее.
Однако практически полностью отсутствовали экспериментальные исследования по выявлению корреляций между структурными характеристиками (качеством) и электрофизическими свойствами нормальной фазы эпитаксиальных пленок УВагСщО? и структур на их основе. Не была установлена микроприрода очень широкого спектра времен релаксаций ансамбля дефектов: от микросекунд до десятков лет. Теоретические модели не были приспособлены для комплексного описания фликкер-шума как результата структурного беспорядка ВТСП пленок. Полностью отсутствовала экспериментальная проверка ключевых теоретических положений о дефектах флуктуаторах - дефектах с внутренней степенью свободы - и оценены параметры на основании их реальной микромодели. Невозможным было использование теоретических моделей при постановке технологических экспериментов, в частности, по улучшению качества пленок.
Актуальной проблемой физики и электроники твердого тела является исследование электрофизических свойств вблизи температуры перехода Тс при наличии пространственно-неоднородного протекания тока через исследуемый образец. Здесь анализ ситуации значительно осложняется наличием токовой нелинейности локальных свойств и появлением разнообразных аномальных явлений. Например, повышенная и гистерезисная чувствительность интенсивности ФШ к величине и направлению изменений внешнего магнитного поля.
Весьма актуальной задачей является контроль технологии роста пленок, промежуточных и завершающих этапов технологии изготовления конкретных ВТСП приборов, сопоставление эффективности различных методик картографирования технологических и неконтролируемых пространственных неоднородностей, оценка достигнутого уровня технологии, а также установление механизмов деградации свойств пленок, в частности, при наличии атмосферных воздействий, и поиск способов уменьшения скорости этой деградации.
Целью настоящей работы является исследование точечных и размерных микродефектов эпитаксиальных УВа2Сиз07 пленок как источников низкочастотного фликкер-шума путем :
• проведения комплексных, взаимосвязанных исследований структурных и шумовых свойств О нормальной фазы,
О СП фазы вблизи температуры перехода Тс при наличии пространственно-неоднородного протекания тока через образцы,
• разработки теоретических моделей, описывающих :
О корреляции между структурными и шумовыми свойствами пленок, О спектральные распределения источников фликкер - шума для выявления микроприроды источников шума.
Эти исследования направлены также на
• оценку достигнутого уровня технологии пленок и структур, контроля их качества,
• прогноз деградации свойств пленок и приборов на их основе,
• оценку потенциальных возможностей этих пленок при создании приборов ВТСП микроэлектроники.
Для Достижения этой цели в работе решались следующие задачи
• Разработка комплекса экспериментальных методик локальных исследований, при которых получаемые результаты строго привязаны к пространственным координатам изучаемого фрагмента образца. Этот комплекс включал исследования пространственных распределений структурных свойств (рентгено-структурный и рентгено-дифракционный анализ, микроанализ, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, термоэдс ) и электрофизических свойств (проводимости, интенсивности шума, величины магнитного поля, захваченного пленкой и индуцированного проходящим через нее током).
• Использование разработанного комплекса для локальных исследований разнообразных УВа2Си307 пленок, нанесенных на различные подложки и различными технологиями.
• Разработка теоретических методик расчета спектральных распределений дефектов флуктуаторов путем проведения компьютерного моделирования методом Монте-Карло.
• Разработка теоретических методик расчета температурных и частотных зависимостей интенсивности фликкер-шума нормальной фазы на основе использования спектральных распределений дефектов флуктуаторов.
• Разработка комплекса методик исследования картины протекания тока, температурных и токовых зависимостей интенсивности ФШ вблизи при наличии в образцах структурно-фазовых включений.
• Разработка методики определения локальных значений критической температуры (Тс картографирования) с пространственным разрешением
2 мкм и ее использование при изучении механизмов воздействия влаги на деградацию параметров пленок.
• Анализ источников погрешности ренггеноспекгрального микроанализа и изучение механизмов катионного дефектообразования по распределениям состава, величин Тс, критического тока (/„) и шумового параметра Хоуге (а) на фазовой тройной диаграмме катионных состояний.
• Исследование картины пространственного распределения тока и интенсивности ФШ вблизи порога протекания СП компоненты тока через образец высококачественных и гранулярных пленок и вьмснение возможности использования различных теоретических моделей для описания этих свойств.
• Выявление размерных микродефектов, перекрывающих путь протекания СП компоненты тока через образец, и исследование сопутствующих аномальных (гистерезисных) явлений, а также определение параметров этих дефектов и явлений.
Новое научное направление исследований, которое сформировалось в процессе выполнения диссертационной работы, - это экспериментальные и теоретические исследования дефектов, структурного беспорядка эпитаксиальных пленок ¥Ва2Сиз07 для интерпретации частотно-температурных характеристик фликкер — шума нормальной и сверхпроводниковой фаз в условиях пространственно-неоднородного токопротекания. Использование результатов исследований в текущих задачах ВТСП микроэлектроники.
Научная новизна работы заключается в следующем :
• Впервые была разработана совокупность методик для комплексных локальных исследований структурных и шумовых свойств эпитаксиальных УВагСизО; пленок, которая была использована для научных и прикладных проблем ВТСП микроэлектроники.
® Впервые была обнаружена экспоненциально сильная корреляция между интенсивностью ФШ нормальной фазы УВа2Си307 пленок и флуктуациями внутренних деформаций ((¿} = {((бс/с)2)}1'2, где с -параметр решетки вдоль с-оси) - увеличение параметра Хоуге а в миллионы раз при увеличении (г) в четыре раза. Была разработана соответствующая теоретическая модель.
• Впервые экспериментально и теоретически был исследован механизм ФШ при наличии различных структурных факторов воздействия на ширину СП перехода. Для анализа температурных зависимостей интенсивности шума были использованы представления о флуктуациях относительного обьема СП фазы и функции распределения фрагментов пленки по Тс.
• На основании результатов Тс картографирования УВа2Си307 пленок впервые было показано, что скорость воздействия влаги зависит от качества поверхности и от ориентации осей пленки относительно ее поверхности. Был проведен анализ механизмов деградационных воздействий влаги на параметры пленок, а также обнаружены режимы, которые приводят к росту Тс на 2 К.
• Впервые на тройной фазовой диаграмме катионных состояний, вблизи состава УВа2Си307 (123), были обнаружены два разреза с максимальными Тс (вдоль линий (123)—>(110) и (123)—>(105)) и два разреза с минимальными Тс ( вдоль линий (123)—>(202) и (123)—>(011)) и была разработана модель катионного дефектообразования, описывающая как область гомогенных составов, так и область больших отклонений от стехиометрии, при которых уже наблюдаются фазовые расслоения пленок.
• Впервые наблюдались картины пространственного распределения плотности тока на пороге протекания СП компоненты тока УВа2Си307 пленок и определены температурные зависимости фрактальных параметров: длина пути протекания тока и размер СП кластера.
• Впервые была установлена природа источников аномально узких (по Т) пиков ФШ УВа2Си307 пленок, которые наблюдались при Т < Тс образца. Их интенсивность была высокочувствительной к величине внешнего магнитного поля и гистерезисной по отношению к направлению его изменения. Их источниками оказались такие сечения образца, в которых имелось значительное количество фрагментов с низкой Гсфраг < Тс. Они значительно уменьшали величину сечения для протекания СП компоненты, что приводило к увеличению ее плотности до критических значений.
Практическое значение работы определяется:
• Разработкой новых экспериментальных методик: 1) исследования пространственного распределения Тс и плотности тока (путем
компьютерной обработки результатов измерений температурной зависимости напряжения, индуцированного электронным зондом, в рамках приближения эффективной среды и учета диффузии тепла в соседние точки с целью получения пространственного разрешения на уровне 2 мкм); 2) анализа погрешности рентгено-спектрального микроанализа для определения состава пленок; 3) регистрации ФШ магнито-зависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с ВТСП пленкой.
• Разработкой компьютерных программ расчетов спектральных распределений дефектов-флуктуаторов с использованием метода Монте-Карло, учитывающих режимы роста и отжига пленок, наличие в них деформаций и блочности.
• Использованием интенсивности фликкер-шума для контроля технологий роста эпитаксиальных УБагСшО? пленок, их отжига и созданием малошумяхцих планарных болометрических структур антенного типа.
• Использованием нескольких методик картографирования различных физических свойств (состава, Тс> ]с, магнитных потоков, захваченного внешнего поля и индуцированного транспортным током) пленок для сравнительной оценки качества ростовых и постростовых технологий пленочных структур. Их использованием для оценки достигнутого уровня интеграции ВТСП микроэлектроники и процента выхода годных приборов, а также для предсказания наиболее слабых мест ВТСП образцов, в частности, по которым они могут сгореть во время пропускания через них больших импульсов тока.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
1. Большая величина фликкер-шума ВТСП оксидов, параметр Хоуге которых на 2-3 порядка превышает характерные величины простых металлов (А§,Аи), обусловлена большой концентрацией источников шума, дефектов флуктуаторов, и большим изменением сечения рассеяния свободных носителей на них, вызывающим соответствующие флуктуации длины их свободного пробега и сопротивления образца в целом. Флуктуации внутренних деформаций и концентраций катионных дефектов являются основными факторами, определяющими разброс спектральных распределений дефектов флуктуаторов и, следовательно, частотные и температурные зависимости интенсивности ФШ.
2. На тройной фазовой диаграмме катионных состояний вблизи состава УВа2Сиз07 имеются два разреза с максимальными Тс ( вдоль линий (123)->(110) и (123)—>(105)) и два разреза с минимальными Тс ( вдоль линий (123)-»(202) и (123)—>(011)).
3. В образцах, расположенных на диаграмме катионных состояний в областях максимальных Тс, основными источниками шума являются переходы кислорода между позициями решетки 01 и 05 СиО-плоскости, а в образцах, расположенных в областях минимальных Тс, - эти переходы кислорода локализованы вблизи разрывов кислородных цепочек.
4. Для актуальных диапазонов рабочих частот и температур ВТСП микроэлектроники преобладающими источниками ФШ являются переходы кислорода между позициями решетки 01 и 05, расположенными вблизи малоугловых границ блоков и других двумерных дефектов, энергия активации диффузии кислорода вблизи которых < 0.5 эВ.
5. Основным источником шума неоднородных пленок вблизи Тс являются флуктуации относительного объема СП фазы, при этом экспериментальные температурные зависимости сопротивления и шума хорошо описываются в рамках приближения, использующего представление о функции распределения фрагментов образца по Тс.
6. Наличие ¿-ориентированных включений в малошумящих сориентированных УВа2Сиз07 пленках приводит к уменьшению микронапряжений и, как следствие, к значительному уменьшению интенсивности шума. Эти включения имеют на 2 К большую Тс, сверхпроводниковая компонента тока через них в несколько раз превышает величину тока в нормальной фазе, что и является основной причиной локального разогрева включений при больших токах, а также нелинейности сопротивления образца в целом.
7. Использование решения уравнения Гинзбурга-Ландау в виде ряда (З.иПаЬ, А.Оогзеу [3]) для описания зависимостей проводимости а(Т,Н) в слабых магнитных полях в рамках расчетов, проводимых с учетом реальных измеренных Тс карт и локальных а{Т,Н), позволяет описать семейство экспериментальных зависимостей сопротивления ЩТ,Н) неоднородных по Тс пленок УВа2Си307 в области слабой нелинейности для Н< 2Т в интервале температур |7,-Гс|<1К. Разработанная процедура практически не содержит свободных параметров.
8. Наличие узких пиков температурной зависимости шума в области Тс и ниже указывает на наличие таких сечений образца, в которых имеются
микрофрагменты с более низкой Тс. Они значительно уменьшают поперечное сечение образца для СП компоненты, что приводит к увеличению ее плотности до критических значений. Шумовые и магнитотранспортные свойства этих узких сечений образца описываются в рамках резистивной модели перехода Джозефсона.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на V-XI Трехсторонних Германо-Русско-Украинских семинарах по ВТСП (Дубна, 1993; Munich. 1994; Львов. 1995; Нижний Новгород 1997; Gottingen. 1998; Киев, 1999). Семинаре по тепловым приемникам излучения (Санкт-Петербург, 1992), 12-15 Международных конференциях "Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations" (S.Luis, 1993; Паланга, 1995; Leuven, 1997; Hong Kong 1999), Международной конференции "Thermal Phenomena at Molecular and Microscales and in Cryogenic Infrared Detectors" (ASME, 1994 ), XXX Совещании по физике низких температур (Дубна, 1994), 7 Вильнюской конференции "Fluctuation Phenomena in Physical Systems (Паланга, 1994), 5 Международном симпозиуме "Recent Advances in Microwave Technology" (Киев, 1995), Международном совещании по сканирующей микроскопии (Houston, 1995), Second European Workshop on Low Temperature Electronics (Leuven, 1996), Международной конференции "Unsolved Problems of Noise" (Szeged, 1996), Первой международной школе "Nucleation and Non-Linear Problems in the First-Order Phase Transitions" (С.Петербург, 1998), Rondablikk Seminar (Oslo, 1998), Российской школе по сверхпроводимости (Черноголовка, 1998), Международной конференции "Physics at the Turn of the 21st Century" (С.Петербург, 1998), Международной школе по микроанализу EMAS'99 (Konstanz, 1999).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 38 работах, список которых приводится в конце автореферата.
Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав. 5 приложений и библиографии из 294 наименований. Общий обьем составляет 241 страницы, включая 95 рисунков, 7 таблиц и библиографию.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность проблемы, излагаются цели и задачи работы, научная новизна и практическая значимость
полученных результатов и перечисляются основные положения, которые выносятся на защшу.
Глава I посвящена разработке методик локальных исследований, выявлению корреляций между структурными параметрами и величинами проводимости, интенсивности шума нормальной фазы пленок УВа2Сиз07, а также посвящена теоретическому описанию обнаруженных корреляций и определению параметров модели путем сопоставления теоретических и экспериментальных зависимостей.
В разделе 1.1 проведены локальные исследования пространсгвеннных распределений структурных свойств
(рентгеноструктурный и рентгено-дифракционный анализ, микроанализ, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, термоэдс и т.д.) и электрофизических свойств (проводимость и температурная зависимость интенсивности шума) УВа2Си307 пленок, полученных различными технологиями на различных подложках. В рамках модели блочной структуры пленок, на основании результатов исследования угловых зависимостей полуширин рентгенодифракционных рефлексов были определены следующие параметры блоков: величины среднеквадратичных флуктуаций внутренних микронапряжений вдоль с-оси (е)={((&/с)2)}1/2, где с - параметр решетки, размеры блоков вдоль и перпендикулярно плоскости подложки, угол наклона блоков относительно этой плоскости. Методика локальных исследований проиллюстрирована на рис.1, непосредственно из которого виден основной обнаруженный экспериментальный факт: сильная корреляция межцу (е) и интенсивностью
ФШ, для измерения которой обычно используют безразмерный параметр Хоуге а. При этом изменения проводимости микрополосок по подложке являются незначительными. Из рис.2 видно, что эта корреляция наблюдается для всех образцов, ее характер является экспонен-
Рис.1. Корреляция между параметром Хоуге (10 Гц), удельным сопротивлением и флуктуациями микронапряжений
+ х 10
4 2
О
<е>
флуктуации микронапряжений
мОм см 0.4 0.2
1 0
удельное сопротивление
о а
а
1.0 0.1 0.01
параметр Хоуге
МдО
10мм 1 -*
ВаБИТО
УВаСиО
о
40
< £ >2*10 6
80
Рис.2. Параметр а полосок на подложках А120з(+), МВО(Д), гЮ2/81(0), ВаЗгТЮз/ А1ЬаОзр). Толстая кривая -усреднение, I -3 теоретические кривые
циально сильным. Корреляция охватывает 6 порядков изменения величины а при всего четырехкратном изменении величины {£). При этом разброс точек вдоль а около усредненной кривой много меньше (<102) по сравнению с наблюдаемым интервалом измене-
ний а (>10). Влияние типа катионных дефектов на величину разброса будет обсуждаться ниже в главе 2. (В частности, теоретические кривые 1-3 на рис.2 получены для дисперсий суммарных концентраций катионных дефектов (пса1) = 10" ,3x10"3, 8x10"3, соответственно.) Другой причиной разброса является неоднородное распределение плотности тока по сечению полоски, особенно значительно плотность тока увеличивается на дефектах типа "узкое горло" с обьемом АУ. Этот вклад, в виде завышенных значений а, в первом приближении можно оценить по величине отношения У/АУ, где V -обьем всей полоски.
В разделе 1.2 исследуются спектральные распределения Р(Е) источников шума нормальной фазы - дефектов флуктуаторов (ДФ) - , которые рассчитываются непосредственно из экспериментальных зависимостей плотности шума напряжения Б у;
Е(Е)=/Бу(Е) / кТЫе = а(Е) / кШ, , (1)
где энергия ДФ определяется выражением Е=кТ 1п (2л-/ т0) [4], т0' -дебаевская частота, А^ - количество свободных носителей в образце. Далее для обоснования теоретической модели обсуждаются роли кислородного и катионного беспорядков в формировании этих спектров и наблюдаемых больших разбросов энергий ДФ. Согласно модели дефектами флуктуаторами являются атомы кислорода СиО плоскости, которые совершают гермоактивационные переходы через барьер Е (< 1.4 эВ) между минимумами двухямного потенциала, расположенными соответственно на
12
узле 01 заполненной цепочечной субрешетки и на ближайшем узле 05 пустой субрешетки. Потенциал последнего выше первого на величину ЛЕ («0.25 эВ). Предполагается, что в линейном случае эти энергии зависят от локальных значений деформации решетки в -ёс/с, концентраций катионных ncat и кислородных пох дефектов в следующем виде: а е-Ь
пСа! -d пох , ЛЕ=АЕГ)- А б -В ncat -D пт , где A,a,B,b,D,d - параметры двухъямного потенциала. Использование приведенных в этом разделе аналитических выражений, а также параметра Хоуге в качестве меры ФШ, позволяет провести количественные сопоставления интенсивности шума ВТСП пленок с интенсивностью шума простых металлов (Ag, Au), в которых она на 2-3 порядка меньше. Основные причины этого - большая концентрация источников шума ДФ в последних и большое относительное изменение сечения рассеяния свободных носителей на этих дефектах. В простых металлах ДФ являются пары близко расположенных дефектов и их относительная концентрация невелика. В ВТСП таким потенциальным дефектом является каждый структурный атом кислорода СиО плоскости, его содержит каждая элементарная ячейка, при этом сечение рассеяния этих ДФ изменяется от нуля (отсутствие дефекта) до некоего значения а0 (его наличия).
В следующем разделе 1.3 эта модель была использована для количественного описания обнаруженной корреляции между а и (г). Для этого были сделаны предположения о гауссовом виде распределений флуктуаций микронапряжений, концентраций катионных и кислородных дефектов, а также о взаимной независимости этих флуктуаций и проведено усреднение по координатам е , ncat и пох. На основании результатов исследования пространственных распределений микросостава был сделан вывод о малой величине дисперсии концентрации кислородных дефектов по сравнению с дисперсиями катионных дефектов. Это позволило избежать интегрирования по пох , путем перенормировки на средние значения пох, что привело к значительному уменьшению размеров окончательных формул. В результате была получена система аналитических выражений, использование которой при описании экспериментальных результатов позволило определить параметры модели. Их значения приведены в табл. 1.
Таблица 1. Параметры двухъямного потенциала, минимумы которого расположены на цепочечном и пустом узлах решетки СиО-плоскости (эВ)
а А b В d D
-90 2.7 -9 3.3 -- 1 ~ 1
Глава II посвящена: а) определению зависимости величины погрешности рентгеноспектрального микранализа от параметров изучаемых эпитаксиальных УВа2Си307 пленок (тип атома, толщина пленки, технология ее роста), б) выявлению корреляций между интенсивностью ФШ, величиной критической температуры Тс, тока }с и локального катионного состава пленки с использованием диаграммы тройных катионных состояний, а также в) разработке микромоделей катионных дефектов, которые были использованы для реконструкции дефектов, наблюдаемых на изображениях просвечивающей электронной микроскопии.
В разделе 2.1 приведены результаты предварительной характеризации УВа2Сиз07 пленок для отбора образцов, необходимых для выполнения задачи, приведены параметры используемых методик и аппаратуры, а также анализируется применимость ренгеноспектрального микроанализа для проведения комплексных локальных исследований состава и электрофизических свойств пленок. Разработанный подход включает следующие этапы:
1) Определяются параметры функции генерации рентгеновского излучения <р,(рг) и оцениваются их погрешности путем использования уравнения Н.№(1пд [5] для коэффициента обратного рассеяния и модели эффективного атомного номера 2ед системы пленка-подложка для случая тонкой пленки /<Л„ где / и Я, - ее толщина и глубина генерации электронов /-тых анализируемых атомов, соответственно.
2) Проводятся рентгеноспектральные исследования обьемных УВа2Си307 кристаллов (?>>/?,), результаты которых используются далее при проведении количественного микроанализа пленок в качестве эталонных.
3) Определяются погрешности микроанализа на основании исследований зависимости рентгеноспектральных данных от величины энергии возбуждаемых электронов и толщины пленок. Относительные величины погрешностей были не более 0.3, 1.0, 2.0 и 4.0 % для атомов У, Ва, Си и О, соответственно.
4) Используется специальная компьютерная программа для управления процедурой определения микросостава большого массива точек пленки (> 300) с пространственным разрешением 2 мкм. При этом погрешность определения относительных пространственных изменений состава была примерно в три раза меньше указанных выше.
Пример комплексных локальных исследований состава и величины критической температуры Тс показан на рис.3. Методика Тс картографирования изложена ниже в главе 5.
( а )
1 оо
К отношение
200 300 ( б )
400
5 00
м К м
5 00 X
м к м
Рис.3. Тс карта 50x500 мкм2 полоски УВа^СщОт пленки на М^О подложке (а). Стрелка и линия на (а) указывает путь, вдоль которого определялось пространственное распределение микросостава (б) с шагом 2 мкм; кривые на (б) сдвинуты: вверх на 0.15 для У и вниз на 0.3 для Си. Значения ЛГ( = 1.0 соответствуют стехиометрическому составу (123)
В начале раздела 2.2 на основании исследования локальных корреляций между катионными и кислородным составами, а также двухслойной модели элементарной ячейки УВа2Си307 решетки обсуждается принципиальная возможность использования тройной диаграммы катионных состояний при анализе результатов измерений. С химической точки зрения двухслойная модель основана на реакции
УВа2Си307.х <=> УСи03.х (слой А) + 2ВаСи02 (слой Б)
(2)
Она позволяет рассматривать элементарную ячейку как совокупность слабосвязанных фрагментов. В частности, энергия кулоновского межслойного взаимодействия ближайших фрагментов равна ~ 3% от
энергии взаимодействия между атомами в ионных соединениях типа ЫаС1. Эти фрагменты были использованы в качестве устойчивых элементарных образований при описании нестехиометрических гомогенных состояний пленки. Зависимость величины Тс от положения точки состава на тронной диаграмме катионных состояний показана на рис.4. По началу резкой зави-
Рис.4. Величины локальных Тс на диаграмме катионных состояний УВа2Сиз07 пленок на К^О и ЬаАЮз подложках - большой и малый прямоугольник, соответственно. Обозначены главные направления диаграммы. Скобки < > указывают на то, что состав является гипотетическим. В области максимальных Тг находится состав (123).
симости величины Тс, которая возникает по мере увеличения нестехиометрии, можно оценить интерваты гомогенных составов УВагСизСЬ пленок. Из рис.4 видно, что на тройной фазовой диаграмме состояний катионных окислов имеются два разреза с минимальными Тс ( вдоль линий (123)—»(202) и (123)—>(011)) и два разреза с максимальными Тс ( вдоль линий (123)-»(110) и (123)-» 105)), в направлении которых наблюдаются минимальные и максимальные интервалы гомогенности, соответственно.
Далее в разделе 2.3 исследуется зависимость интенсивности шум;) от положения точки состава на тройной диаграмме катионных состояний. Сделан вывод о том, что в образцах с составами, близкими к разрезам максимальных Тс основными источниками шума являются прыжки
□ ЭО 2 -- 90.5
90 0 -- 90 2
89 7 - 90 0
89.5 - 89.7
89.2 - 89.5
89.0 -- 89 2
!~>88 7 -- 89.0
£',¿188.5 " 88.7
кислорода между позициями 01 и 05, а в образцах с составами, близкими к разрезам минимальных Тс, - эти прыжки локализованы в местах разрыва кислородных цепочек. Анализ зависимостей интенсивности шума от величины катионной нестехиометрии, проведенный с использованием полученных в главе 1 теоретических выражений, показал, что основным признаком, характеризующим влияние катионного беспорядка на масштаб микронапряжений, является тип разреза, вблизи которого располагается состав образца, а основным количественным параметром - величина отклонения от стехиометрического состава на диаграмме катионных состояний.
В разделе 2.4 описаны комплексные локальные измерения, выполненные с использованием магнитооптической методики, рентгеноспектрального микроанализа и Тс картографирования. Были исследованы корреляции меяеду величинами критической температуры Тс , критического тока jc и катионного состава пленок вблизи одного из разрезов максимальных Тс, а именно вдоль (123)—>(105). Было показано, что отклонение от стехиометрического состава приводит к уменьшению как Тс, так иус. При этом выполняется скейлинговое соотношение
1-Л(7) Четах (7) СС (1-7; / Тстаху , (3)
где ]стах, Тстах - максимальные значения, наблюдаемые вблизи стехиометрического состава (123), показатель V « 0.7 и не зависит от температуры. В конце раздела обсуждаются различные причины, ограничивающие величину критического тока неоднородных блочных сверхпроводниковых пленок, наиболее вероятной из которых является малая энергия связи вихрей на межблочных границах.
В разделе 2.5 анализируются особенности катионного дефектообразования в пленках в зависимости от места размещения их состава на тройной диаграмме катионных состояний как в пределах области гомогенных составов, так и в области их фазового расслоения. Анализ основан на наличии различных вариантов катионных взаимозамещений и проведен с использованием описанной выше двухслойной модели. Рассмотрены б сегментов тройной диаграммы катионных состояний, которые отличаются избытком катионов одного типа и недостатком катионов другого типа. Например, в сегменте +Си/-Ва преобладают атомы меди на местах бария СиВа и вакансии атомов бария УВа2+. В конце раздела
приведены результаты исследования изображений образцов пленок УВа2Си307, полученных просвечивающим электронным микроскопом, предложена классификация дефектов, наблюдаемых на этих изображениях, и проведена реконструкция микромодели некоторых линейных и планарных микродефектов.
Глава III посвящена компьютерному моделированию методом Монте-Карло пространственных распределений атомов кислорода СиО-плоскости и расчетам энергий барьера их перехода (спектрам ДФ) в ближайшие узлы решетки, которая зависит от наличия и конфигурации расположения соседних атомов кислорода. Описаны зависимости спектров ДФ от режимов модельных отжигов (стартовой и конечной температур, скорости отжига), дефицита кислорода при наличии одноосной деформации, а также с учетом блочной структуры пленок УВа2Си30;. Проведено сопоставление результатов моделирования с результатами шумовых измерений и выявлены преобладающие источники шума на плоскости частота-температура (/-Т- плоскости).
В разделе 3.1 описана процедура Монте-Карло моделирования и выбора параметров компьютерных расчетов. Распределения атомов кислорода на СиО-плоскости были получены по стандартной схеме Метрополиса в рамках так называемой модели А№Ч>Л, учитывающей взаимодействия ближайших атомов кислорода: 1) притягивающего взаимодействия У2 (—0.30 эВ), которое обусловлено ковалентной связью атомом кислорода через орбитали расположенного между ними атома меди и 2) отталкивающих взаимодействий У1 (Ч).35 эВ) и У3 (~0.05 эВ) атомов
кислорода, расположенных в середине соседних и
противоположных ребер квадрата субрешетки меди, соответственно (см. рис.5.).
соседних
и
Рис.5. Потенциалы взаимодействий атомов кислорода СиО-плоскости. Большие кружки и квадраты - заполненная кислородом и пустая подрешетки, темные кружки - атомы меди. К Ф V, ' при наличии деформации. Нумерация узлов используется для обозначения расстояний между ними
В этом разделе приведены аналитические выражения, используемые для описания процесса отжига и вычисления энергии активации переходов атомов между узлами решетки. В приложении приведена блок-схема компьютерной программы расчета. В разделе описаны результаты пробных расчетов, проведено их предварительное сопоставление с экспериментальными результатами, что позволило обосновать шаги по развитию методики Монте-Карло моделирования с целью описания реальных образцов и условий их роста.
В разделе 3.2 исследуется влияние одноосных деформаций (Р) на пространственные распределения кислорода и спектры ДФ для составов, близких к УВа2Си307. Расстояние между узлами, например 0 и 1, для Р вдоль х выражается через Р следующим образом;
г01 ~ а!2 ((1+Р)2 + 1)]/2 , (4)
где а - расстояние между ближайшими кислородными узлами. Для определения величин деформационных изменений потенциалов взаимодействий была использована экспоненциальная форма их зависимости от расстояния, а радиус экранирования принимался равным 1.6 А. Оказалось, что деформационные изменения У2 имеют тот же знак, что и изменения У1у У3. Именно это условие является обязательным для получения в результате расчетов ориентации кислородных цепочек в перпендикулярном направлении относительно оси деформации, что находится в соответствии с экспериментами по монодоменизации давлением кристаллов УВа2Си307.
Далее описаны результаты модельных отжигов для Р= 0.00-0.05. Максимальные значение Р соответствуют характерным деформациям пленок, наносимых на обычно используемые подложки, ~ 1-10%, и оказались вполне достаточными для выявления влияния деформации на доменную и дефектную структуру пленок. На основании анализа зависимостей суммарной энергии взаимодействия атомов кислорода от температуры отжига, а также от величины стартовой температуры возникающие ситуации можно разделить на три группы: (1) равновесных фазовых флукгуаций и минимального количества метастабильных дефектов после отжига, (2) и (3) квазиизотермических отжигов (быстрых релаксаций), приводящих к наличию большого количества метастабильных точечных дефектов (при Р * 0) и образованию двойников (при Р= 0),
соответственно. Именно последние два режима близки, соответственно, к реальным условиям получения эпитаксиальных пленок и кристаллов УВа2Си307. При Р= 0 отжиг с низкой стартовой температурой приводит к возникновению полидоменных распределений. Ориентация доменных границ зависит от концентрации кислорода: при локальном недостатке кислорода возникают 90-градусные (по отношению к а-оси) двойниковые границы, а при его избытке - 45-градусные границы. На границах этих доменов локализованы ДФ, имеющие самую низкую энергию активации. На основании этих расчетов сделан вывод о том, что нестацнонарность роста и отжига пленок, а также наличие деформации, возникающей за счет несоответствия постоянных решетки пленки и подложки, являются основными факторами, определяющими характер распределения кислород;) по СиО плоскости, спектр ДФ и, следовательно, частотные и температурные зависимости интенсивности флнккср-шума.
В разделе 3.3 с целью разработки процедуры сопоставления результатов моделирования с результатами шумовых измерении проведена классификация особенностей структуры спектральных распределений ДФ (см.рис.6) и их микроприроды, т.е. установлены соответствия между конфигурациями расположения соседних атомов кислород:! и величинами энергий ДФ.
Для объяснения структуры спектров ДФ важными оказались два обстоятельства: малая величина У3 и небольшое отличие модулей У2 и I ). Первое позволило значительно сократить количество различных вариантов ближайшего окружения от ~ 200 до 8, вследствие этого они оказываются сгруппированными по спектру энергий, что и отражает их нумерация на
Рие.6. Спектры дефектов флукгуаторов инугри блоки (а) и вблизи границы блоков (б), в) н г) результат моделирования реальных пленок с размерами блоков 0.04 и 0.20 мкм. соо1веТ1Лвенно. Пунктирные прямые на BJ и г') примерно соответствую! результатам шумовых исследований УВа:Си|СЬ пленок на 81 и подложках, имеющих такие же размеры блоков. 1-8- номера группы ДФ соответствую!"!*}.!
1д (Ы + 1)
1 00 1 0
2
а)
-76 С)
.А
1,
0 5 1.0
Б, эВ
а о
5
на рис.6 и таблице 2 . Второе обстоятельство позволяет обнаружить следующую закономерность. Максимальную энергию имеют атомы регулярной фазы (группа 1), которая состоит из пяти примерно одинаковых порций. Последовательное вычитание этих порций и обьясняет наличие первых шести групп. 6м энергия - это высота барьера изолированного атома (У/ -V, ~0), а для интерпретации 7ой и 8ой энергий необходимо учитывать V3{Vf- К, <0).
В конце раздела 3.3 анализируются зависимости интенсивности шума, вида спектра ДФ от структурного качества пленок УВа2Сиз07 и проведено сопоставление результатов расчетов с экспериментом. В частности, как видно из рис.2 и 6 в),г), наибольшие величины а , (е) и наименьшие размеры блоков имеют некачественные пленки на Si подложках. При этом пологий ход зависимости а(Е) соответствует значительному интервалу 1 If- зависимости интенсивности шума от частоты (из соотношения (1) видно, что если .S',{£)~ 1// то а(Е) = const.). Более крутой ход зависимости а{Е) высококачественных эпитаксиальных пленок на MgO подложках указывает на существенно меньший вклад дефектов вблизи границ блоков с энергией барьеров <0.5 эВ.
Таблица 2. Основные группы ДФ, усредненные по группе ДФ энергии их барьера Еср, и компоненты этой энергии AV=Vj-V,, где I', н I/ - энергии взаимодействия атома кислорода с ближайшим окружением до и после перехода, соответственно. Наличие знака означает, что в таблице использовано приближение У3 = 0
N группы F эВ Vi Vj AV=VrV,
1 1.65 2V2 w, 3V,-2V2
2 1.30 2V2, 2V2+V, 2V,,3V, 2V, -2V2,2V, -2V2
3 0.95 V2, 2V2 2V,,2 V,+V2 2V,-V2, 2V,-V2
4 0.67 2V2+Vi,V2+V, 2V, + V2,2V, V,-V2.V,-V2
5 0.48 »0 , 2V2+2V, V, ,2V, + V2 V,, -V2
6 0.30 »0 , 2V,+V2 *0, 2V, + V2 «0, «0
7 0.15 2V,, Wt +V2 2V, + V2, 3V,+2V2 -V,,v2
8 <0.1 V, +V2,2 V, V2,v2 -V,, V2-1V,
Раздел 3.4 посвящен компьютерному моделированию распределения атомов кислорода вблизи границы блоков и расчету соответствующих спектров ДФ. Полученные количественные результаты позволили установить границы областей преобладающих источников
фликкер-шума на /-Г- плоскости. Оказалось, для актуальных рабочих частот и температур ВТСП микроэлектроники основными источниками этого шума являются ДФ, расположенные вблизи малоугловых границ блоков и других двумерных дефектов, энергия активации диффузии кислорода вблизи которых < 0.5 эВ (см.рис.7).
На основании полученных в этой главе результатов была проведена оптимизация технологии роста пленок, послеростового отжига и технологии изготовления планарных микроструктур. Этот подход позволил значительно уменьшить уровень фликкер-шума, достичь на некоторых образцах рекордной и стабильной величины параметра Хоуге, 1.8х10"4 при 93 К. Как показали лабораторные испытания макетных образцов при регистрации излучения с частотой 70 ГТц, эти пленки могут обеспечить высокие конкурентные параметры микрополосковых болометров антенного типа.
Рис.7. Преобладающие источники шума на Т• плоскости. Пунктирная прямая делит частотную ось на область измерений (/>1 Гц) и область деградационных процессов
Глава_IV посвящена
структурным и шумовым (вблизи Тс) исследованиям с-ориентированных УВаоСизО? пленок. Были выделены две группы пленок: 1) сильно-шумящие гранулярные на А1203 подложках, полученные методом лазерного напыления, и 2) высококачественные малошумяшие эпитаксиальные на Ва5гТЮ3/М§0 подложках, полученные методом магнетронного напыления и которые имели относительно небольшую долю ¿-ориентированных включений. Были проведены исследования локальной проводимости пленок с использованием приближения эффективной среды для обработки измерений величины напряжения, индуцированного электронным зондом (ЕВIV- сигнала). В главе была разработана модель ФШ, основанная на представлениях о флуктуациях величины относительного обьема СП фазы вблизи Тс и о функции распределения по Тс фрагментов неоднородного
10°
Л Ю"
кислород вблизи границ блоков
X
цепочечный кислород вблизи дефектов
0 100 200 300 400 500
Г,К
образца, Ф(ТС). Здесь приведены результаты измерений и сделан анализ температурных зависимостей интенсивности шума в рамках разработанной модели. Были получены параметры ДФ, а также рассчитаны Ф(ТС) и обсуждены корреляции между видом этой функции и степенью структурного беспорядка пленок.
В разделах 4.1 описаны структурные и электрофизические свойства отмеченных выше двух типов УВа2Сиз07 пленок. Величина критического тока гранулярных пленок была ]с = 5х104 А/см2, а эпитаксиальных - ]с > 106 А/см2 при 77 К. Здесь описана методика определения температурной зависимости локальной величины тока в пленках, основанная на использовании приближения эффективной среды и регистрации температурной зависимости величины ЕВ1У- сигнала. На основании этих измерений, а также анализа изображений, полученных в сканирующем электронном микроскопе, было установлено, что высококачественные сориентированные УВа2Си307 пленки являются двухфазными и имеют Ь-блочные включения. Толщина последних была в 1.5-2 раза больше толщины пленки, а их Тс ~ на 2 К превышала Тс всего образца. Относительная доля площади, покрытой включениями, была равна «0.10.15. Доля тока, проходящего через включения в сверхпроводящей фазе, в несколько раз превышает долю тока, проходящего через них в нормальной фазе. Поэтому эти включения являются местами локального разогрева при пропускании больших токов и приводят к нелинейности сопротивления образца в целом.
В разделе 4.2 рассмотрена модель шума неоднородного сверхпроводника вблизи Тс. Эта модель использовала подходы В.Козуба [6] о флуктуациях СП фазы, индуцированных ДФ, и Ь.К^Ба [7] о критических индексах температурной зависимости проводимости и шума, а также представления о функции распределения Ф (Тс) и о флуктуациях относительного объема сверхпроводящей фазы. Основные идеи модели, пригодной для описания именно высококачественных пленок, иллюстрируются на рис.8. Видно, что температурная зависимость интенсивности шума полностью определяется величиной относительного объема флуктуирующей СП фазы образца, которая при данной Т связана с величиной распределения Ф(ТС=Т) и величиной спектральной плотности ДФ, активных при этой Т. В рамках приближения эффективной среды и предположения об отсутствии корреляций между флуктуациями были
получены аналитические выражения, которые далее использовались при анализе экспериментальных результатов с целью определения параметров
> ^ * Рис.8. Схематическое изображе-
ние СП пленки в области фазового перехода. Модель предполагает, что Тс- неоднородная пленка имеет три типа областей: нармальую, СП и флуктуирующую. Последняя зависит от состояния находящегося в ней ДФ, а их Тс находятся в
некотором интервале [7- Т,
Т+ Т ), где Т - температура пленки
нормальная Ь
сверхпроводящая к 5 < ^ ®
флуктуирующая дефекг-флуктуатор
образцов. В частности, для полуширин интервала температур флуктуирующих областей получены следующие выражения:
Т =(аР / г)3 ТС1 2 дляг«/,
Т = (г/1)3/2 (аР / г)3 Тс/2 дляг»/,
(5)
где г - средний размер флуктуирующего фрагмента, / - среднее расстояние между ДФ, а/- - размер области, Тс в которой существенно зависит от состояния ДФ, аР имеет порядок постоянной решетки.
В разделе 4.3 исследованы температурные зависимости интенсивности шума и сопротивления описанных выше гранулярных и эпитаксиальных УВа2Си307 пленок и проведено сопоставление теоретических зависимостей с экспериментальными кривыми. На рис.9 а) и б) показаны Ф (Тс) и зависимость интенсивности шума от величины сопротивления вблизи фазового перехода, соответственно, полоски размером 30x1000x0.3 мкм3, изготовленной из высококачественной эпитаксиальной пленки. Были определены следующие параметры образца: величина полуширины температур флуктуирующих областей Т = 0.3 К, средние размеры фрагмента г = 30 А , плотность состояний ДФ 1027 эрг'см-3 при энергии 0.3 эВ, среднее расстояние между ДФ, которые являются активными вблизи фазового перехода на частоте 10 Гц, I и 0.5 мкм, что означает наличие 60000 таких флуюуаторов в изучаемом образце.- Далее в разделе рассмотрены зависимости распределений Ф(ТС) и интенсивности шума от величины пропускаемого через образец тока. Было показано, что
I
■ ■ ■ ' 1000
Рис.9, а) Распределения Ф(ТС) и б) шум УВа-СизСЬ пленок на ВавгТЮз/Л^О подложке, с- и Ь ■ кривые соотвествуют функциям Ф (Гс) пленки, полученным в приближении эффективной среды, для ¿-ориентированных и 6-ориентированных областей образца. 1 - суммарная функция Ф (Тс) образца. 2- функция Ф (Тс) получена из зависимости Я(Т) в модели однофазной пленки. Сплошная кривая на б) - расчет по модели флуктауций относительного объема СП фазы образца при наличии в нем ^-ориентированных включений
ио мере увеличения тога в результате локального разогрева ширины с- и Ь-распредеяений Ф (Г.) уменьшаются, а их максимумы сближаются, что приводит к более однородному распределению тока по сечению образца.
Наличие указанного на рис.9.б) предела применимости приближения эффективной среды связано с тем, что вблизи порога протекания размеры флуктуаций приближаются к размеру ширины мостика и анализ дальнейшего хода кривых требует более сложных процедур измерений и расчетов, которые будут описанны ниже в главе V. Неприменимость приближения эффективной среды может возникнуть также в связи с наличием в образце крупномасштабных флуктуаций Тс или дефектов типа "узкое горло". Процедура их обнаружения и сопутствующие им нетривиальные явления будут описаны в последней главе VI.
Глава V посвящена разработке методики измерения локальных распределений Тс, основанной на регистрации температурной зависимости напряжения, индуцированного электронным зондом (ЕВ1У-сигнала), и компьютерных расчетах, которые учитывали растекание тепла от электронного зонда и позволили достичь высокого пространственного разрешения определения величины Тс, вплоть до 2 мкм. Эта методика была
тс,к
10 100 К. Ом
использована для: 1) исследования воздействия влаги на распределения Ф(ТС) УВа2Си307 пленок различного качества, 2) исследования картины протекания тока вблизи СП перехода, 3) определения температурных зависимостей фрактальных параметров, 4) описания температурной зависимости интенсивности шума, а также для 5) детального описания влияния Гс неоднородностей на зависимости проводимости а(7',//) пленок УЕкъСи;07 вблизи СП перехода при наличии слабых магнитных полей (Н< 2Т).
В разделе 5.1 описана методика определения локальных значений Тс путем использования приближения эффективной среды при обработке результатов измерений пространственных распределений температурной зависимости ЕВ1У-сигнала. Методика включала учет искажения сигнала, связанного с диффузией тепла в соседние точки измерительной матрицы, расчет корреляционной функции распределения Тс, определение корреляционной длины ^-неоднородностей и расчет температурной зависимости пространственного распределения тока по площади полоски. Блок-схемы программ расчета вынесены в приложение. Для повышения пространственного разрешения до 2 мкм вначале были проведены пробные измерения на специальных тестовых образцах в виде меандров. Были отработаны режимы, которые исключали паразитное влияние тока зонда, а также были определены длины диффузии тепла (> 10 мкм) в зависимости от режимов измерения (параметров зонда, скорости сканирования и т.д.). Учет растекания тепла был проведен путем последовательного использования прямого и обратного преобразований Фурье к двумерному интегральному уравнению первого рода типа свертки с ядром в виде профиля распределения температуры от точечного разогрева. Для учета влияния погрешности был использован метод регуляризирующего оператора, в котором параметр регуляризации выбирался на основе вариационного подхода к решению некорректных задач с неувязкой по Тихонову.
В разделе 5.2 разработанная методика была использована для исследования влияния воды на распределения Ф(ТС) УВа2Си307 пленок различного качества. Особую важность эта проблема имеет в связи с упомянутой выше быстрой деградацией параметров приборов на основе ВТСП пленок. Рис.10 иллюстрирует эффект воздействия воды. Видно, что наблюдаются немонотонные зависимости средних Тс от времени
Ф(7-с), 1С1 а) Ф(Гс),1С1 б) Ф(ГС), 1С1 в)
87 89 91 93
85 87 89 91
87 89 91 93
Рис.10. Зависимость распределений фрагментов по Тс от времени воздействия воды при 300 К для пленок УВа2Си307: а) и б) с-ориентированных с гладкой и пористой поверхностью на MgO подложках, соответственно, в) «(^-ориентированной на ЬаАЮз подложке
воздействия дистиллированной воды: на первом этапе средние Тс возрастают, и этот процесс является обратимым , а на втором - средние Тс уменьшаются со значительными и необратимыми увеличениями ширины распределений Ф(ТС). При этом скорость деградации в значительной степени определяется как состоянием поверхности пленки, так и направлением ее кристаллографических осей относительно поверхности. Для ^^-ориентированных пленок на подложках ЬаА103 она ~ в 40 раз больше по сравнению с с-ориентированными гладкими пленками на подложках МцО. Анализируя полученные, а также опубликованные результаты, был сделан вывод о том, что для с-ориентированных пленок основным механизмом деградации пленок в присутствии влаги является туннелирование водорода вдоль с-оси. Интересно отметить, что в результате проведенных измерений на ~ 40 образцах эпитаксиальных пленок УВа2Си307 было получено почти 106 значений локальных Тс. Рекордным среди них было значение 93.5 К, наблюдавшееся на пленке фирмы (Дания).
В разделе 5.3 приведены результаты исследования пространственных корреляций в распределениях Тс и определены корреляционные длины 7>неоднородностей. Обнаружено, что наличие крупных микродефектов в подложке (например, скоплений дислокаций с размерами ~ 80 мкм) приводит к наличию близких по величине
корреляционных длин в пространственных распределениях Тс. На основании измеренных Тс карт была составлена сетка сопротивлений и путем решения уравнений Кирхгофа были получены температурные зависимости пространственного распределения тока по площади полоски. Были также определены температурные зависимости среднего размера кластера СП фазы и средней длины пути протекания тока, которые резко возрастали по мере приближения к порогу протекания. Проведен анализ применимости приближения эффективной среды и полуэмпирических компьютерных моделирований на сетке сопротивлений к описанию температурной зависимости шума в области нелинейных вольт-амперных характеристик образцов. Получены хорошие количественные соответствия с экспериментом в области слабой нелинейности и качественные - в области сильной.
В разделе 5.4 анализируется влияние пространственных Тс-неоднородностей на температурные зависимости проводимости пленок УВа2Сиз07 вблизи фазового перехода при наличии внешнего слабого магнитного поля (Я<2Т). На основании решения уравнения Гинзбурга-Ландау в виде ряда [Б.ШаЬ.А. Бо^еу] было получено выражение для СП компоненты проводимости а(Т,Н,Тс) однородного сверхпроводника для слабых магнитных полей, Н«Нс2. В рамках приближения эффективной среды и гауссового распределения Тс была рассчитана величина ошибки, возникающая при использовании сгХТ,Н,Тс) для описания неоднородного образца. На основании анализа экспериментальных результатов было показано, что величина этой ошибки может достигать величины 30% для #<1Т и \Т-ТС\ < 0.5 К. Это означает, что выводы о фундаментальных ВТСП свойствах, основанные на такого рода измерениях и не учитывающие Тс-неоднородности, вряд ли можно считать корректными. Приведены результаты измерений сопротивления УВа2Сиз07 пленок К(Т,Н) и соответствующих расчетов с использованием измеренных Тс карт, сетки сопротивления, составленных на их основе, а также локальных значений проводимости а.,(Т,Н, Тс), полученных теоретическим путем. Показано, что разработанная процедура в области слабой нелинейности хорошо описывает семейство кривых К(Т,Н), практически не содержит свободных параметров, что означает отсутствие необходимости существенных модификаций использованных нами теоретических подходов описания экспериментального семейства кривых К(Т,Н).
Глава VI посвящена шумовым и магнито-оптическим исследованиям скрытых дефектов типа "узкое горло", формирующих слабую связь для СП компоненты тока, их обнаружению и определению параметров, описанию сопутствующих гистерезисных (по внешнему магнитному полю) зависимостей, а также исследованиям пространственных распределений флуктуации магнитного потока, захваченного СП фазой, при наличии транспортного тока через полоску эпитаксиальной УВа2Си307 пленки. Рассмотрены процессы захвата магнитного потока и диссипации энергии во время импульса тока и после него в реманентном состоянии. Результаты измерений сопоставляются с предсказаниями модели Бина критического состояния. Приведены результаты исследований процессов сгорания УВа2Сиз07 полоски при пропускании через нее предельно больших импульсов тока (с плотностью до ЗхЮ7 А/см2 при 15 К). Описана методика исследования фликкер-шума магнитозависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с эпитаксиальной ВТСП пленкой.
В разделе б. 1 описаны методики обнаружения скрытых дефектов, которые не заметны, в частности, на электронномикроскопических изображениях. Определены их геометрические и электрические параметры. Было показано, что наличие узких пиков температурной зависимости шума в области Тс и ниже связано с наличием дефектов типа "узкое горло". Они перекрывают путь протекания тока, определяют характер захвата и движения абрнкосовских магнитных вихрей вблизи них и описываются в рамках резистивной модели перехода Джозефсона. При этом в зависимости от направления изменения весьма небольших магнитных полей(<100 Гаусс) наблюдаются гистерезисные явления (см.рис. 11). Локальные исследования
2 0—1
Рис. 11. Зависимости спектральной плотности шума напряжения 5у и напряжения ЗУ на слабой связи от величины внешнего магнитного поля при токе 10 мА и температуре на б К ниже Тс пленки УВа;Сиз07. Короткие стрелки указывают направления изменений магнитного поля
-10-1
Я, Гаусс
ЕВ1У-сигнала позволили получить вольт-амперную характеристику слабой связи и рассчитать величину ее нормального удельного сопротивления (2x10"5 мкмОм/см2) и величину критического тока ]с ~ 5х106 А/см2, что существенно больше значений аналогичных параметров слабых связей на бикристаллических подложках. Был сделан вывод, что в нашем случае эти слабые связи незначительно отличаются от других мест образца и представляют собой типичные фрагменты из области хвоста распределения Ф(ТС), расположенного со стороны малых Тс. Они проявляют себя в связи со значительной концентрацией тока на неконтролируемо возникшем дефекте типа "узкое горло".
В разделе 6.2 магнитооптическая методика использована для исследования пространственно-временной картины распределения магнитного поля УВа2Сиз07 полоски в течение и после выключения транспортного тока. Показано, что эволюция распределения магнитного потока хорошо описывается в рамках модифицированной модели Бина с зависящим от времени критическим током. Через 50 мс после включения тока величина критического тока исследованных образцов уменьшалась на ~15 %. Тем самым был продемонстрирован крип магнитного потока в исследованном режиме. Оценена величина энергии пиннинга магнитных вихрей - ио~ 20 кТ.
В разделе 6.3 описаны результаты использования магнитооптической методики для исследования пространственных распределений флуктуаций магнитного потока, возникающих вблизи микротрещин УВа2Си307 полоски, при наличии транспортного тока. Распределения магнитного потока были измерены с пространственно-временным разрешения-ми 5 мкм и 10 сек. Это позволило обнаружить флуктуации магнитного потока, которые были наиболее значительными возле края полоски, где плотность тока и величина магнитного поля максимальны и близки к критическим значениям (см. рис.12). Аномально большие флуктуации возникают вблизи слабых связей, образовавшихся на микротрещинах. При этом хаотические конфигурации магнитного поля, как правило, имели два (или несколько) устойчивых состояний, что указывало на микроприроду источников шума, аналогичную микроприроде источников телеграфного шума. В разделе 6.4 исследованы процессы сгораний УВа2Сиз07 полосок при пропускании тока с плотностью до ЗхЮ7 А/см2 путем анализа магнито-оптических изображений распределений магнитного поля и 7>карт. Было показано, что разрушению полоски
0.5
Рис.12. Распределения плотности тока (а), магнитного поля (б) и флуктуации магнитного поля (в) поперек полоски от цетра к краю, (а)- теоретический расчет по модели Бина критического состояния для тока через образец I = 0.8 1С , б) и с) -результаты измерений, усредненные вдоль мостика
предшествует этап значительного проникновения магнитного потока в места с малой энергией пиннинга и пониженными значениями Тс. Использование указанных методик позволяет предсказать места токовых сгораний ВТСП полосок.В разделе 6.5 предложена методика исследования фликкер - шума магнито-зависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с эпитаксиальной пленкой, которая является одной из наиболее эффективных при исследовании качественных пленок в области температур ниже порога протекания СП компоненты тока по образцу. Суть методики состоит в регистрации интенсивности низкочастотного шума магнитозависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с ВТСП пленкой, т.е. регистрации флуктуаций амплитуды сигнала, который формируется в резонаторе на частоте модуляции внешнего магнитного поля. На основании уравнения Гинзбурга-Ландау были получены аналитические выражения для температурных зависимостей величины магнитозависимой мощности и ее флуктуаций. Отмечается, что последняя имеет более резкую зависимость от Т по сравнению с первой и, следовательно, может оказаться более чувствительной, например, при выявлении в пленке структурно-фазовых включений.
2
координата поперек полоски
В приложения вынесены описания блок-схем программ расчета (распределения кислорода по СиО-гоюскости, пространственного
распределения Тс, температурной зависимости пространственного распределения плотности тока), анализ применимости приближения эффективной среды для описания фликкер-шума на пороге протекания, описание использования сканирующей БС>иЮ микроскопии для оценки качества пленок и описание технологии травления эпитаксиальных пленок УВа2Сиз07 с рекордно низким параметром Хоуге, использованной для изготовления антенных микроболометров.
В заключение сформулированы основные результаты работы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Впервые проведены комплексные локальные исследования пространственнных распределений структурных свойств (рентгено-структурный и рентгено-дифракционный анализ, микроанализ, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, термоэдс ) и электрофизических свойств (проводимость, интенсивность шума, напряжения, наведенного электронным зондом, магнитного поля полоски с током и в ее реманентном состоянии) эпитаксиальных УВа2Си307 пленок, нанесенных на различные подложки и различными технологиями.
2. Обнаружена экспоненциально сильная корреляция между интенсивностью фликкер-шума нормальной фазы УВа2Си307 пленок а и флуктуациями внутренних деформаций {е) - увеличение а в миллионы раз при увеличении (¿) в четыре раза.
3. Разработана теоретическая модель, описывающая корреляцию между а и (£■), согласно которой деформационный и катионный беспорядок влияет на параметры двухъямного потенциала, минимумы которого расположены на цепочечных и вакантных позициях кислорода СиО плоскости и между которыми происходят прыжки атомов кислорода. На основании разработанной теории был проведен анализ экспериментальных зависимостей а (Т,/) и были получены параметры двухъямного потенциала.
4. Для составов, близких к УВа2Си307, методом Монте-Карло проведены компьютерные расчеты пространственных распределений атомов кислорода СиО- плоскости и энергий барьера их перехода в ближайшие узлы решетки в зависимости от режимов температурных отжигов и наличия одноосной деформации (Р). По мере уменьшения стартовых температур отжига можно выделить три их типа: (1) равновесных фазовых флуктуации и небольшого количества
метастабилышх дефектов после отжига, (2) и (3) квазиизотермических отжигов (быстрых релаксаций), приводящих к наличию значительного количества метастабильных точечных дефектов (при Р * 0) и образованию двойников (при Р = 0), соответственно. Именно эти режимы близки к реальным условиям получения эпитаксиальных пленок и кристаллов УВагСщСЬ, соответственно.
5. Методом Монте-Карло проведено моделирование спектров 1// фликкер-шума нормальной фазы эпитаксиальных пленок УВа2Сиз07. Показано, что режимы отжигов и величины деформаций, возникающих за счет несоответствия постоянных решетки пленки и подложки, являются основными факторами, определяющими доменную и дефектную структуру пленки, и, следовательно, спектр 1//-шума. Проведена классификация особенностей структуры спектральных распределений дефектов флуктуаторов и их микроприроды, а именно, в зависимости от конфигураций ближайшего окружения флуктуирующего атома кислорода.
6. Проведен анализ зависимости интенсивности шума и его спектра от структурного качества эпитаксиальных пленок УВа2Сп307. Сделаны следующие выводы: 1) При отсутствии деформации отжиг с низкой начатьной температурой приводит к возникновению полидоменных распределений. Ориентация доменных границ зависит от концентрации кислорода: при локальном недостатке кислорода возникают 90-градусные (относительно я(Ь)-осн) двойниковые границы, а при его избытке - 45-градусные границы. 2) Вблизи доменных границ расположены дефекты-флуктуаторы, имеющие самую низкую энергшо активации. 3) Для высококачественных эпитаксиальных пленок УВа2Си307 основными источниками шума являются метастабильные точечные дефекты с энергией барьеров 0.3-0.9 еУ и дефекты вблизи границ блоков с энергией барьеров < 0.5 эВ.
7. Показано, что для актуальных диапазонов рабочих частот и температур преобладающими источниками фликкер-шума эпитаксиальных УВа2Си307 пленок являются переходы кислорода вблизи малоугловых границ блоков, из которых состоят даже самые качественные пленки. Оптимизация параметров технологии пленок, послеростового отжига и технологии пленарных микроструктур позволили значительно уменьшить уровень шума, доспгчь на некоторых образцах рекордной величины параметра Хоуге 1.8x10"4 при 93 К. Впервые показано, что эти пленки могут обеспечить высокие конкурентные параметры микрополосковых
болометров антенного типа. Они могут сочетать и высокую пространственную селективность, и возможность регистрации излучения в диапазоне спектра 3 мм - 300 мкм (100 - 1000 ГГц) при 90 К с наносекундным быстродействием, эквивалентной мощностью шума ИЕР= 1.5х10"12 Вт/Гц1/2 и обнаружительной способностью О*=1.2х1010 см Гц1/2/Вт.
8. Исследованы ¿-блочные включения в с-ориенгированных пленках на подложках ВаБгТЮз и обнаружено, что они имеют на 2 К большую Тс. СП ток через них в несколько раз превышает величину тока в нормальной фазе, что и является основной причиной локального разогрева фрагментов при больших токах, а также нелинейности сопротивления образца в целом.
9. Разработана модель фликкер-шума, согласно которой основным источником шума неоднородных пленок вблизи Тс являются флуктуации относительного объема СП фазы, при этом температурная зависимость сопротивления и шума определяется функцией распределения фрагментов образца по Тс. Сопоставление с экспериментом позволило определить характерные размеры Тс неоднородностей (~ 30 А) и плотность дефектов-флуктуаторов (~ 1027 эрг'1 см"3).
10. Разработана новая методика исследования пространственного распределения Тс и тока путем регистрации напряжения, индуцированного электронным зондом ^ и компьютерных расчетов, учитывающих диффузию тепла от электронного зонда, которая позволила получить пространственное разрешение определения Тс на уровне 2 мкм.
11. Исследовано воздействие влаги на функцию распределения фрагментов образца по Тс. Показано, что скорость деградации Тс в воде ¿^-ориентированных гранулярных пленок УВа2Си307/ЬаАЮз почти в 40 раз больше по сравнению с с-ориентированными эпитаксиальными пленками УВа2Си30?/Г^0, имеющими гладкую поверхность. Было показано, что основным механизмом деградации в воде качественных пленок является туннелирование водорода вдоль с-оси.
12. Впервые проанализированы погрешности рентгеноспеюрального микроанализа и проведены локальные измерения микросостава с разрешением 2 мкм в тех же точках, где были определены величины Тс.
13. Обнаружено, что на тройной фазовой диаграмме катионных состояний имеются два разреза с максимальными Тс ( вдоль линий (123)—>(110) и (123)—>(105)) и два разреза с минимальными Тс ( вдоль линий (123)->(202) и (123)—^(011)).
14.Показано, что в образцах, расположенных на диаграмме катионных состояний в областях максимальных Тс, основными источниками шума являются переходы кислорода между позициями решетки 01 и О5 СиО-плоскости, а в образцах, расположенных в областях минимальных Тс, - эти переходы кислорода локализованы вблизи разрывов кислородных цепочек.
15. Определены границы области гомогенных составов УВа2Си307 пленок и предложена двухслойная модель катионного дефектообразования, на основе которой проведена реконструкция дефектов, наблюдаемых на изображениях просвечивающей электронной микроскопии.
16. Впервые наблюдались картины пространственного распределения плотности тока на пороге протекания и получены температурные зависимости фрактальных параметров: среднего размера кластера СП фазы и средней длины пути протекания тока, которые резко возрастали по мере приближения к порогу протекания.
17. Решение уравнения Гинзбурга-Ландау в виде ряда [Б.ШаЬ.А. БогБеу] было использовано для описания зависимостей проводимости о(Т,Н) в слабых магнитных полях в рамках расчетов, проводимых с учетом реальных измеренных Тс карт и локальных а{Т,Н). Этот подход практически не содержит свободных параметров и позволяет описать семейство экспериментальных зависимостей сопротивления Я(Т,Н) неоднородных по Тс пленок УВа2Си307 в области слабой нелинейности для Н<2Т в интервале температур |7,-'/,с|<1К.
18. Исследовались узкие пики температурной зависимости шума, наблюдаемые при Т < Тс и гистерезисные по направлению изменения внешнего магнитного поля. Показано, что их источником являются дефекты типа "узкое горло", которые перекрывают путь протекания тока, определяют шумовые и магнито-транспортные свойства образца и описываются резистивной моделью перехода Джозефсона.
19. Разработана методика регистрации фликкер шума магнито-зависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с эпитаксиальной пленкой, которая является эффективной при исследовании шумов существенно ниже порога протекания по СП фазе.
20. Исследованы процессы сгораний УВа2Си307 полосок при пропускании токов с плотностью до ЗхЮ7 А/см2 путем анализа магнитооптических изображений распределений магнитного поля и распределений Тс. Было показано, что разрушению полоски предшествует
этап значительного проникновения магнитного потока в места с малой энергией пиннинга. Использование этих методик позволяет предсказать места сгорания полосок.
.21. Магнитооптической методикой измерены распределения магнитного поля УВагСи307 полоски с током с пространственно-временным разрешением 5 мкм и 10 сек. Впервые обнаружены флуктуации магнитного потока, которые были наиболее значительными возле края полоски, где плотность тока и величина магнитного поля являются максимальными.
22. Впервые продемонстрирована эффективность использования магнитооптической методики при исследовании пространственно-временной релаксации магнитного поля YBa2Cu307 полоски после включения транспортного тока. Показано, что эволюция распределения магнитного потока хорошо описывается в рамках модифицированной модели Бина с зависящим от времени критическим током. Через 50 мсек после включения тока величина критического тока исследованных образцов уменьшается на ~15 % при 15 К. Тем самым была доказана важность крипа магнитного потока при пропускании тока через пленку. Оценена величина энергии пиннинга магнитных вихрей - U„~ 20 kT.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИССЕРТАЦИИ
1. А.В.Бобыль, В.Ю.Давыдов, С.Г.Конников, С.А.Соловьев, И.А.Хребтов. Лазерное травление ВТСП-пленок при изготовлении болометров// Материалы семинара "Тепловые приемники излучения", Санкт-Петербург, 1992г., с.23-24.
2. А.В.Бобыль, Г.Д.Варенко,С.А.Евдокимов, А.М.Евстигнеев, Р.В.Конакова, Ю.П.Юсов. Оптические методы диагностики структур на основе соединений А3В5 // Обзоры по элекгрон.технике. 1990г., Сер. 8, Вып. № 1 (1572), 64 с.
3. I.A.Khrebtov, M.B.Krayuhin, V.N.Leonov, A.D.Tkachenko, A.V.Bobyl, V.Yu.Davydov, R. A. Suris. Noise and structural diagnostics of YBaCuO films on the various substrates // Proc. VI Trilateral Ger.-Rus.-Ukr. Seminar on HTSC , Dybna, Sep. 1993, p. 198-202.
4. I.A.Khrebtov, V.N. Leonov, A.D.Tkachenko, A.V.Bobyl, V.Yu.Davydov, V.I.Kozub. Comparative noise studies of YBa2Cu307 films //Proc. 12th Intern. Conf. "Noise in Phys.Systems and 1/f Fluctuations" S.Luis, AIP 1993, p. 123-127.
5. А.В.Бобыль, М.Э.Гаевский, Д.В.Шанцев, Р.А.Сурис, А.Д.Ткаченко, И.А.Хребтов. Картина протекания тока и НЧ шумы в УВа2Сиз07 пленках с Л-ориентированными включениями. Материалы XXX Совещания по физике низких температур, Дубна, 1994т., с.38-39.
6. А.В. Бобыль, М.Э.Гаевский, С.Ф. Карманенко, Р.Н. Юотт, Р.А.Сурис, А.Д.Ткаченко, И.А.Хребтов. Фликкер-шум нормальной фазы пленок YBa2Cu307 на различных подложках II Материалы XXX Совещания по физике низких температур, Дубна, 1994г., с.40-41.
7. I.A.Khrebtov, V.N.Leonov, A.D.Tkachenko, M.B.Krajuhin, A.V.Bobyl, V.Yu. Davydov. Comparative noise study of bolometers based on conventional and high-Tc superconductors // "Thermal Phenomena at Molecular and Microscales in Cryogenic Infrared Detectors", ASME, 1994, HTD Vol.277, p.69-76.
8. A.V.Bobyl, M.E.Gaevskii, D.V.Shantzev, S.F.Karmanenko, I.A.Khrebtov, A.D.Tkachenko, S.G.Konnikov, R.N. Kutt, V.A.Solov'ev, R.A.Suris. Structural disorder as a source of 1/f noise in YBa2Cu?107 thin films on the various substrata // Proc. 7th Vilnius Conferense on "Fluctuation Phenomena in Phys. Systems, Palanga, 1994, p. 297-301
9. A.V.Bobyl, M.E.Gaevskii, I.A.Khrebtov, S.G.Konnikov, D.V.Shantzev, V.A.Solov'ev, R.A.Suris, A.D.Tkachenko. Resistansce flicker noise and current percolation in c-oriented YBa2Cu307 epitaxial films in the vicinity of Tc // Physica C, 1995, v. 247, p.7-33.
10. D.V.Shantzev, A.V. Bobyl, M.E.Gaevskii, S.G.Konnikov, V.A.Solov'ev, R.A.Suris, I.A.Khrebtov, A.D.Tkachenko. Flicker noise in the vicinity of Tc in c-oriented YBa2Cu307 thin films with different degree of structural disorder // Proc. 13th Intern. Conf. "Noise in Phys. Systems and 1/f Fluctuations", Palanga, 1995, p.127-130.
11. A.V.Bobyl, S.A.Vasilkovskii, A.M.Evstigneev, R.V.Konakova, I.Yu.U'in, Yu.G.Rubbo, I.V.Prokopcnko, Yu.A.Thorik, L.S.Khazan, V.I.Sheka. Diagnostics of device structure thin layers by IR spectroscopy, photo- and electroreflection and X-ray total external reflection // Separated Proceeding of 5th International Symposium "Recent Advances in Microwave Technology", Kiev, 1995, p.928-982.
12. A.V.Bobyl, M.E.Gaevskii, S.F.Karmanenko, I.A.Khrebtov, N.VLeonov, D.V.Shantzev, V.A.Solov'ev, R.A.Suris. Magneto-depending noise of a single latent weak link in YBa2Cu307 films. Physica C, 1996, v.266, p. 33-43.
13. A.Bobyl, D.Shantsev, M.Baziljevich, H.Bratsberg, Yu.Galperin, T.Johansen, M.Gaevski, V.Gasumyants, RDeltour, I.Khrebtov, V.Leonov, R.Suris. Flicker noise and fractal structure near the percolation threshold for
YBa2Cu307 films. Extended Abs. Conf. "Unsolved problems of noise", Szeged, Hungary, 1996, p. 11-12.
14. A.Bobyl, D.Shantsev, M.Baziljevich, H.Bratsberg, Yu.Galperin, T.Johansen, M.Gaevski, V.Gasumyants, R.Deltour, I.Khrebtov, V.Leonov, R. Suris. Fractal structure near the percolation threshold for YBa2Cu307 epitaxial films. Journal de Physigue 4 C3, 1996, v.6, p. 259-264.
15. A.Bobyl, D.Shantsev, M.Baziljevich, H.Bratsberg, Yu.Galperin, T.Johansen, M.Gaevski, V.Gasumyants, R.Deltour, I.Khrebtov, V.Leonov, R. Suris. Flicker noise and fractal structure near the percolation threshold for YBa2Cu307 epitaxial films. "Unsolved problems of noise ", Szeged, Hungary, 1996,291-300 p.
16. A.V.Bobyl, M.E.Gaevskii, S.G.Konnikov, D.V.Shantzev, V.A. Solov'ev, R.A. Suris. Tc- mapping and investigation of water-initiated modification of YBa2Cu307 thin films by low temperature scanning electron microscopy // Scanning microscopy, 1996, v. 10, N3 p. 679-695.
17. A.V.Bobyl, M.E.Gaevskii, S.F.Karmanenko, R.N.Kutt, R.A.Suris, I.A.Khrebtov, A.D.Tkachenko, A.I.Morosov. Intrinsic microstrains and normalphase flicker noise in YBa2Cu307 epitaxial films grown on various substrates. J Appl. Phys. 82 (3),1997, p. 1274-1280.
18. K.E.Andreev, A.V.Bobyl, S.A.Gudoshnikov, S.F.Karmanenko, L.V.Matveets, S.L.Krasnosvobodtsev, O.V.Snigirev, R.A.Suris, I.I.Vengrus. Magnetic field maps of YBa2Cu307 thin films by scanned SQUID microscope for HTSC microelectronics // Supercond. Sci. and Tehn. 10 1997 p. 366-370.
19. А.В.Бобыль, Р.А.Сурис, H.B. Фомин. Фликкер шум магнито-зависимой компоненты СВЧ мощности резонатора с эпитаксиальной ВТСП пленкой. Письма в ЖТФ 22(16) 1996, с. 18-23.
20. N.A. Bert, A.V. Lunev, Yu.G. Musikhin, R.A. Suris, V.V. Tret'yakov, A.V. Bobyl, S.F. Karmanenko, A.I. Dedoborez. Mechanisms of cation defect formation in epitaxial YBa2Cu307.x films // Physica С 280 (1997) p.121-136.
21. Н.И. Гуливец, A.B. Бобыль, А.И. Дедоборец, Б.И. Пелешенко. Функция распределения атомов макроскопически изотропных объектов в дифракционных исследованиях. Письма в ЖТФ 23(5) 1997, с.21-26.
22. A.V.Bobyl, R.A.Suris, A.I. Dedoborez, A.I.Morosov, I.A.Khrebtov, V.N. Leonov, V.G. Malyrov, I.I. Shaganov. Flicker noise in metals with structural instability. Proc. 14th Intern. Conf. "Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations",Leuven, 1997, p.397-400.
23. D.V. Shantsev, A.V. Bobyl, O.L.Shalaev, R.A. Suris. Noise properties of inhomogeneous non-linear medium: application to high-Tc superconductors. Proc. 14th Intern. Conf. "Noise in Phys. Systems and 1/f Fluctuations", Leuven, 1997, p.321-324.
24. M.E.Gaevskii, V.A.Solov'ev, S.G.Konnikov, D.V.Shantsev, A.V.Bobyl, S.F.Karmanenko, T.H.Johansen, H.Bratsberg, Yu.M. Galperin. Spatially-resolved investigation of magnetic flux fluctuations in current-biased high-Tc films. Proc. 14th Intern. Conf. "Noise in Phys. Systems and 1/f Fluctuations",Leuven, 1997, p.317-320.
25. M.B. Байдакова, A.B. Бобыль, В.Г.Маляров, В.В. Третьяков, И.А. Хребтов, И.В.Шаганов. Структурная и шумовая характеризация пленок V02 на Si02/Si подложках. Письма в ЖТФ 23(13) 1997, с.58-65.
26. В.А.Соловьев, М.Э.Гаевский, С.Г.Конников, Р.А.Сурис, А.В.Бобыль. Исследование нестационарных процессов в YBaCuO пленках методом низкотемпературной растровой электронной микроскопии. Письма в ЖТФ,23(22) 1997, с.45-53.
27. M.E.Gaevski, T.H.Johansen, Н. Bratsberg, Yu.M.Galperin, A.V.Bobyl, D.V.Shantsev, S.F.Karmanenko. Burning of high-Tc bridges. Appl. Phys. Lett. 81 (21),1997, p.3147-3149.
28. ME. Gaevskii, A.V. Bobyl, D.V. Shantsev, Yu.M. Galperin, Т.Н. Johansen, M. Baziljevich, H. Bratsberg, S.F.Kannanenko. Magneto-optical study of magnetic flux penetration into a current carrying high-temperature superconductor strip. Phys.Rev. В 59 , 1999, p.9655-9664.
29. M.E. Gaevskii, A.V. Bobyl, D.V. Shantsev, R.A. Suris, V.V. Tret'yakov, Yu.M. Galperin, Т.Н. Johansen. Spatially-resolved studies of chemical composition, critical temperature, and critical current density of YBa2Cu307 thin film. J.Appl. Phys. 84, 1998, p. 5089-5096.
30. A.V. Bobyl, R.N.Kyutt, V.V. Tret'yakov. Intrinsic microstrains and cathodoluminescence of GaN epitaxial films. Semicond.Sci.Technl. 14, 1998, p.589-594.
31. A.B. Бобыль, А.И. Дедоборец, А.И. Морозов, P.А. Сурис. Двойники и дефекты-флуктуаторы эпитаксиальных пленок УВагСизО? моделирование процессов отжига и монодоменизации методом Монте-Карло. Нерганические материалы, № 8, 1999, с.
32. А.А. Берзин, А.В. Бобыль, А.И. Дедоборец, А.И. Морозов, Р.А. Сурис. Моделирование спектров l/f-шума в эпитаксиальных пленках YBa2Cu307. ФТТ, 41, 1999, с.29-36.
33. А.В.Бобыль, М.Э.Гаевский, Р.А.Сурис, О.Л.Шалаев, Д.В. Шанцев. Тс - неоднородность эпитаксиальных пленках YBa2Cu307 и их R(T,H) в области СП перехода.Тезисы "Российская школа по сверхпроводимости", Черноголовка, 1998, с. 10.
34. D.V. Shantsev, М.Е. Gaevski, R.A. Suris, A.V. Bobyl, V.E.Gasumyants, O.L.Shalaev. Temperature and magnetic-fild dependence of the conductivity of
YBa2Cu307 films in the vicinity of superconducting transition: Effect of Tc -inhomogeneity. Phys.RevB60 (13), 1999.
35. A.B. Бобыль, М.Э.Гаевский, А.И.Дедоборец, С.Ф. Карманенко, В.Н.Леонов, А.В.Лунев, А.А.Семенов, Р.А. Сурне, И.А.Хребтов. Избыточный шум эпитаксиальных пленок YBa2Cu307 и болометры антенного типа на их основе. ФТТ.41, в.11, 1999. с.35-39.
36. М.Э.Гаевский, Д.В.Шанцев, Ю.М.Гальперин, А.В. Бобыль, Т.Х.Йохансен, Х.Хауглин. Магнитооптическое исследование релаксации пространственного распределения магнтного поля ВТСП-полоски после включения транспортного тока. ФТТ, 41,1999, с.37-40.
37. A.V. Bobyl, А.А. Bersin, A.I.Dedoborez, I.A.Khrebtov, V.N.Leonov, R.A. Suris. Excessive noise of epitaxial YBa2Cu307 films for antenna-like bolometers. Proc.l5th Intern. Conf. "Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations", Hong Kong, 1999, p.158-161.
38. A.V.Bobyl, D.V.Shantsev, T.H.Johansen, M.Baziljevich, Yu.M.Galperin. Temperature dependence of filament-coupling in Bi-tapes; magneto-optical study. Supercond. Sci. and Tehn. 12, N6. (1999).
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
[1] J.G. Bednorz, K.A. Muller. Possible high Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-0 system. Z.Phys.B. 64,1986, p. 189-193.
[2] C.B. Гапонов, M.A. Калугин, И.А.Хребтов и др. Шумовые свойства Y-Ва-Си-0 пленок. Письма ЖТФ.15, N12, 1989, с.62-66.
[3] S. Ullah, А.Т. Dorsey. Effect of fluctuations on transport properties of type II superconductor in a magnetic field. Phys.Rev.B 44,1991, p.262-273.
[4] Sh.Kogan. Electronic noise and fluctuations in solids. Cambridge. Cambridge University Press, 1996, 354 p.
[5] H. Nidrig. Electron backscattering from thin films. J. Appl. Phys. 53, 1982, p.R15-18.
[6] V.I. Kozub. Influance of structural relaxation on the parameters of a superconductor. Phys.Rev. В 49, 1994, p.6895- 6902.
[7] L.B. Kiss, P.Svedlindh. Noise in high-Tc superconuctors. IEEE Trans.Mag. 41,1994, p.2112-2122.
