Пленки оксидных сверхпроводников и структуры на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

На правах рукописи

I

ВАРЛАМОВ Юрий Дмитриевич

ПЛЕНКИ ОКСИДНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ И СТРУКТУРЫ НА ИХ ОСНОВЕ

01.04.14 — теплофизика и теоретическая теплотехника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Новосибирск - 2003

Работа выполнена в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирское отделение Российской академии наук

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Косцов Эдуард Геннадьевич

доктор физико-математических наук, профессор

Матизен Эдуард Викторович

доктор технических наук, профессор Солоненко Олег Павлович

Ведущая организация: Институт физики им. Л.В.Киренского СО РАН,

г. Красноярск

Защита состоится «_» ноября 2003 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д 003.053.01 В Институте теплофизики СО РАН по адресу: проспект академика Лаврентьева, 1, 630090, г. Новосибирск

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики СО РАН

Автореферат разослан «_»_2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.ф.-м.н.

В.В. Кузнецов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В ряду актуальных проблем, решаемых в рамках практического применения оксидных высокотемпературных сверхпроводников в слаботочной электронике, можно выделить задачи:

- получения высококачественных эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников, как базового элемента сверхпроводниковых устройств;

- изучения транспортных и микроволновых свойств пленок, определяющих как возможность их применения в сверхпроводниковых устройствах, так и характеристики этих устройств;

- развития методик формирования токоподводящих элементов с параметрами, обеспечивающими необходимые режимы функционирования устройств, а по технологичности изготовления и уровню миниатюризации, соответствующих требованиям на создание гибридных электронных компонент с высокой степенью интеграции.

Сложный состав высокотемпературных сверхпроводников, высокие требования, предъявляемые к качеству пленок, а также необходимость получения пленок на подложках, характеризуемых определенным набором свойств, потребовали постановки исследований условий их формирования и развития методов их напыления. Одним из активно развиваемых стал метод лазерного напыления, зарекомендовавший себя при проведении поисковых исследований, синтезе новых материалов и создании прототипов устройств. Именно этим методом были получены эпитаксиальные пленки с высокой плотностью критического тока ~107 А/см2. Важным результатом цикла исследований, послуживших основой для представляемой работы, была демонстрация возможности формирования пленок с высокими транспортными свойствами на сапфире, материале, с одной стороны, весьма перспективном для создания устройств быстродействующей сверхпроводниковой электроники и СВЧ техники, с другой стороны, характеризуемого значительным структурным несоответствием по отношению к материалу пленок. Однако, с позиций практического применения, актуальным являлось получение пленок с низким поверхностным сопротивлением на высоких частотах (микроволновым поверхностным импедансом), что накладывает дополнительные требования к качеству пленок. Для решения этой проблемы необходим следующий шаг в развитии методики формирования пленок, основанный на исследовании условий роста эпитаксиальных пленок, изучении их микроструктуры и свойств.

При напылении формирование пленок оксидных сверхпроводников происходит при пониженном давлении реакционного газа и требует включения дополнительной процедуры - термообработки для насыщения их кислородом. Поэтому, с позиций оптимизации этого процесса, особенно при формировании пленок на химически активных подложках, актуальным является изучение кинетики кислородного обмена в пленках. Информация о кислородном обмене необходима и при изготовлении устройств сверхпроводниковой электроники. Такие технологические процедуры как осаждение контактных и защитных покрытий, механическое соединение проводников и др. выполняются при пониженных давлениях

окружающего газа и включают нагрев пленок. В этих условиях возможен выход кислорода из пленок и деградация их сверхпроводящих свойств.

Важность исследования кислородного обмена в многокомпонентных оксидных материалах имеет и другой аспект. Было отмечено, что эти материалы проявляют высокую каталитическую активность и газочувствительность (изменение проводимости) при контакте с такими газами восстановителям, как'монооксид углерода, метан, водород, спирты и др. Отличительной чертой многокомпонентных металлооксидных материалов является присутствие в них слабосвязанного кислорода. Возможно, что именно участие слабосвязанного кислорода в реакциях окисления газов на поверхности оксидных материалов и обуславливает их газочувствительность. Эти свойства начали активно использоваться при создании новых тонкопленочных высокотемпературных приборов, таких как твердоок-сидные топливные элементы, газоразделительные мембраны и газовые сенсоры, что расширяет аспекты приложений методик исследования и информации о кислородном обмене в оксидных материалах со слабосвязанным кислородом.

Высокого качества эпитаксиальные пленки являются важным объектом исследования свойств оксидных сверхпроводников, информация о которых необходима не только для характеризации материала как базового элемента устройств, но и для понимания природы высокотемпературной сверхпроводимости. Так, оксидные сверхпроводники относятся к материалам с ярко выраженными анизотропными свойствами и, в частности, проводимостью. Поэтому, развитие методики и измерение компонент сопротивления эпитаксиальных пленок в различных кристаллографических направлениях являются актуальной задачей.

При изучении нового объекта исследователи сталкиваются с эффектами, требующими понимания их природы и оценки возможности их практического использования. Речь, в частности, идет о режиме тепловой неустойчивости, возникающем в резистивном состоянии сверхпроводника. Подробное исследование этого эффекта, включая изучение влияния свойств материалов и воздействия излучения, позволит охарактеризовать механизм тепловой неустойчивости и оценить перспективы его использования в оптических переключающих устройствах, а также позволит прогнозировать его появление, уже как отрицательного фактора, при функционировании сверхпроводниковых устройств.

При практической реализации большинства устройств сверхпроводниковой электроники встает вопрос о токоподводящих элементах. Именно их сопротивление, а, следовательно, и величина тепловыделения могут ограничить диапазон применения сверхпроводниковых устройств. Задача создания низкоомных контактных покрытий успешно решается путем напыления пленок металлов. Однако имеет место вопрос о механическом соединении проводников (токоподводов) с элементами устройств сверхпроводниковой электроники. Наиболее актуально этот вопрос стоит при создании устройств, интегрирующих большое количество сверхпроводящих и полупроводниковых элементов. В качестве возможного варианта решения этой проблемы может послужить технология микрокапельного осаждения, активно развиваемая в микроэлектронике. По сходству требований, таких как технологичность изготовления контактных структур, уровню их миниатюризации, необходимости обеспечения низкого контактного сопротивления,

минимизации температуры и длительности разогрева мест соединений, задачу создания соединений в сверхпроводниковых устройствах с использованием технологии микрокапельного осаждения можно отнести к общему кругу проблем, связанных с её развитием и применением в микроэлектронике. В этой, уже более общей постановке, имеет место принципиальное требование, предъявляемое к развиваемой технологии. Это - обеспечение условий формирования микрокапельных контактов определенной и воспроизводимой формы. Поэтому, наряду с решением задачи собственно создания контактных структур с использованием технологии микрокапельного осаждения, возникает вторая важная задача - прогнозирования финальной формы капель при их осаждении на подложки из различных материалов, включая многослойные пленочные структуры. Решение этой задачи требует детального исследования динамики растекания, охлаждения и кристаллизации капель расплавленного металла при их взаимодействии с твердой поверхностью.

Цель работы. Суммируя вышесказанное, можно следующим образом сформулировать тот определенный круг задач, на решение которых была направлена данная работа. Основной целью работы являлось исследование условий формирования эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников с низким поверхностным импедансом, изучение их микроструктуры, сверхпроводящих и микроволновых свойств и особенностей кислородного обмена, а также создание микрокапельных контактных структур и исследование процессов при осаждении расплавленных микрокапель металла на поверхность различных материалов. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Развить методику напыления эпитаксиальных пленок многокомпонентных оксидных материалов - высокотемпературных сверхпроводников с низким поверхностным импедансом на подложках из сапфира, пригодных для практического использования в СВЧ технике и быстродействующей электронике.

2. Исследовать микроструктуру, сверхпроводящие и микроволновые свойства пленок.

3. Исследовать процесс кислородного обмена в пленках, как фактора, определяющего свойства пленок, а также особенности их взаимодействия с газами восстановителями.

4. Используя микромостиковые структуры эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников с различной ориентацией кристаллографических осей относительно поверхности подложки, исследовать их анизотропные свойства (удельное сопротивление).

5. Исследовать условия возникновения и охарактеризовать режим тепловой неустойчивости пленочных структур оксидных сверхпроводников, инициируемого действием электрического тока и оптического излучения.

6. Развить методику прецизионного осаждения расплавленных капель металла на различные материалы для создания микрокапельных контактных структур с низким сопротивлением. Исследовать динамику растекания капель, их охлаждения и затвердевания. Выделить основные параметры, характеризующие финальную форму затвердевших капель.

Научная новизна работы

1. Продемонстрирована возможность формирования пленок оксидных сверхпроводников с низким поверхностным сопротивлением. Исследована микроструктура эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников, сформированных на подложках из сапфира, материале, характеризуемого значительным структурным несоответствием по отношению к материалу пленок. Показано, что эпитаксиаль-ные пленки состоят из с-ориентированных микрокристаллитов, разделенных малоугловыми границами. Преимущественная ориентация кристаллитов в аЬ плоскости соответствуют псевдокубическому расположению атомов алюминия на плоскости (1012) сапфира.

2. Показано, что при увеличении толщины пленок, вследствие структурного несоответствия материалов пленки и подложки и деформации кристаллической решетки пленок при фазовом переходе из тетрагональной фазы в орторомбиче-скую, происходит образование линейно-сетчатых дефектов и снижение макроскопических транспортных и микроволновых свойств пленок.

3. Из результатов исследования кислородного обмена в пленках многокомпонентных оксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом установлено, что, при экспозиции в вакууме, определяющими являются медленные поверхностные процессы десорбции кислорода в молекулярной и/или атомарной форме. При реокислении пленок в кислороде, а также при их восстановлении в атмосфере газов-восстановителей, определяющим процессом является диффузия кислорода в пленке.

4. Показано, что механизм газовой чувствительности оксидных материалов со слабосвязанным кислородом обусловлен участием слабосвязанного кислорода в реакциях окисления газов восстановителей на их поверхности с последующей десорбцией продуктов реакции. Изменение содержания слабосвязанного кислорода в процессе окислительно-восстановительных реакций и связанное с ним изменение проводимости металлооксидных материалов определяют величину их газочувствительности.

5. По результатам исследования температурных зависимостей компонент удельного сопротивления эпитаксиальных пленок состава УВагСизОб+х показано, что при максимальном содержании кислорода в пленках температурные зависимости внутриплоскостной раь и межплоскостной рс компонент удельного сопротивления имеют "металлический" характер - сопротивление уменьшается при снижении температуры. В интервале температур ЮО-ЗООК значения фактора анизотропии рс/раь равны 15-30.

6. Обнаружено состояние УВа2Си306+х пленок, в котором температура начала перехода в сверхпроводящее состояние внутриплоскостной раь компоненты сопротивления ниже, чем для межплоскостной рс компоненты сопротивления. Отмечено, что максимальные температуры сверхпроводящего перехода наблюдаются для УВагСизОб+х пленок с содержанием кислорода ниже максимального (х<1).

7. Показано, что режим тепловой неустойчивости возникает в резистивном состоянии пленочных сверхпроводников при пропускании электрического тока и

воздействии оптического излучения. Получен критерий возникновения режима тепловой неустойчивости, определяющий взаимосвязь условий теплообмена, свойств материалов, амплитуды и длительности импульсов тока. При одновременном действии тока и оптического излучения получена зависимость напряжения фотоотклика пленочных структур от мощности излучения.

8. Получены экспериментальные данные о влиянии условий осаждения жидких микрокапель припоя на поверхность пленочных структур и свойств используемых материалов на финальную форму затвердевших капель. Показано, что диаметр растекания капель в основном определятся размером капель и их скоростью. При использовании материалов подложек с высоким значением коэффициента аккумуляции тепла диаметр растекания капель и их финальная форма не зависят от условий смачивания.

9. Показано, что в условиях осаждения капель, соответствующих средним значениям числа Вебера \¥е=1-100, в качестве основного параметра, позволяющего качественно разделить возможные сценарии развития процессов при соударении капли металла с поверхностью различных материалов, включая пленочные структуры, может быть использовано отношение времени затвердевания капель и периода их колебаний. На основе решения задачи охлаждения и затвердевания капли и оценки характерной частоты колебаний капли получены простые аналитические выражения, позволяющие оценить ключевые геометрические параметры, характеризующие форму затвердевших капель, и провести анализ зависимости этих параметров от условий осаждения капель и физических свойств используемых материалов.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований развита методика формирования и получены УВа2СизОб+х и СаВагСизОб+х пленки на важных для приложений подложках из сапфира (АЬОз) с низким поверхностным импедансом Я5(75 ГГц, 78К)=20мОм. Полученные данные об условиях формирования эпитаксиапьных пленок и влиянии материала подложек на микрострктуру и свойства пленок имеют общее значение и могут быть использованы при синтезе пленок новых материалов - сегнетоэлектриков, оптических и каталитических покрытий и др.

Полученные данные о кинетике кислородного обмена в пленках оксидных сверхпроводников могут быть использованы при совершенствовании условий из синтеза, а также при создании устройств сверхпроводниковой электроники, технология изготовления которых включают в себя снижение давления и нагрев пленочных образцов и может привести к потере кислорода в пленках и деградации их сверхпроводящих свойств.

Результаты исследований газочувствительности металлооксидных материалов со слабосвязанным кислородом могут быть использованы при создании миниатюрных газовых сенсоров, каталитических покрытий и газоразделительных мембран. В частности, были созданы демонстрационные образцы газовых сенсоров и приборы на их основе для регистрации таких газов как Н?, СО, ЫНз, Н28, этанола и др.) в диапазоне концентраций от 10 ррт до 20-50 объемных процентов с чувствительностью 1-100 рргп.

( I

Результаты исследования анизотропных свойств пленок по методу Монтго- '

мери и их сопоставление с данными прямых измерений компонент сопротивления позволили выявить ограничения метода, которые необходимо учитывать при интерпретации результатов измерений свойств анизотропных материалов в области сверхпроводящего перехода.

По результатам исследования режима тепловой неустойчивости, возникающего при пропускании электрического тока через сверхпроводник и воздействии на него оптического излучения, созданы демонстрационные образцы микромос-тиковых пленочных переключающих устройств. На микромостиках с размерами 75 х 500 мкм2 достигнута чувствительность при переключении из резистивного состояния в нормальное состояние сверхпроводника ~104 В/Вт при быстродсйст- 1

вии 10'3 - 10"6с.

Изготовлен генератор капель и продемонстрирована методика прецизионного осаждения микрокапель припоя, обеспечивающая формирования контактных структур микрокапля-металл-сверхпроводник с контактным сопротивлением <10"8 Ом см2.

Развит приближенный аналитический метод и получены выражения для оценки основных геометрических параметров, характеризующих форму затвердевших капель, которые позволяют провести анализ зависимости этих параметров от условий осаждения капель и физических свойств используемых материалов и, тем самым, предсказывать финальную форму капель при их осаждении на подложки из различных материалов.

На защиту выносятся. Данные по формированию эпитаксиальных УВагСизОб+\ и СаВа2Си30би пленок с низким поверхностным импедансом на подложках из сапфира.

Результаты исследования микроструктуры эпитаксиальных пленок на сапфире. Результаты исследования влияния толщины пленок на их сверхпроводящие и микроволновые свойства.

Результаты экспериментального исследования кислородного обмена в пленках многокомпонентных метаплооксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом, полученные при вариации толщины пленок, их температуры и газового окружения. Результаты интерпретации экспериментальных данных о кинетике кислородного обмена в пленках, основанные на использовании модели активационной диффузии кислорода в решетке и взаимосвязи концентрации носителей заряда (проводимости) с концентрацией слабосвязанного кислорода. Предложенное объяснение газовой чувствительности металлооксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом, обусловленной участием лабильного кислорода металлооксидов в реакциях окисления газов восстановителей на их поверхности, изменением объемного содержания кислорода и связанного с ним изменения проводимости.

Результаты исследования температурных зависимостей компонент удельного сопротивления сверхпроводящих УБа2Сиз06к пленок. Обнаруженное различие в температуре начала перехода в сверхпроводящее состояние компонент сопротивления. Отмеченный факт, что максимальные температуры сверхпроводящего

перехода наблюдаются для образцов пленок с содержанием кислорода ниже максимального.

Результаты исследования режима тепловой неустойчивости резистивного состояния сверхпроводников, возникающего при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения. Полученное условие возникновения режима тепловой неустойчивости, характеризующее нарушение баланса между количеством выделяемого тепла и теплоотводом.

Результаты тестовых экспериментов по формированию низкоомных микрокапельных контактных структур. Результаты экспериментального исследования влияния условий осаждения жидких микрокапель припоя и свойств используемых материалов на финальную форму затвердевших капель. Предложенная качественная модель растекания и затвердевания капель металла при их соударении с поверхностью различных материалов, основанная на оценке числа колебаний капли, совершаемых ею до момента затвердевания. Приближенный аналитический метод расчета времени затвердевания капель и оценки характерной частоты колебаний капли, дающий возможность предсказывать финальную форму капель при их осаждении на подложки из различных материалов. Достоверность результатов работы обоснована анализом применяемых методов измерений, использованием апробированных и взаимодополняющих методик исследований, сопоставлением с известными литературными данными и результатами модельных приближений.

Работа была выполнена: в соответствии с планами научно-исследовательских работ по темам "Исследование теплофизических свойств и материалов, перспективных для энергетики и новой техники" (Гос. per. 01.9.50. 001692), "Гидромеханика, тепломассоперенос и волновые процессы в многофазных и дисперсных системах " (Гос. per. 01.2.00 103366), а также в рамках - проекта "Напыление" (410) Государственной программы по проблеме высокотемпературной сверхпроводимости (1989-1994 гг); - проекта "Технология лазерного напыления ВТСП пленок для СВЧ электроники" (94054) Государственной научно-технической программы "Актуальные направления в физике конденсированных сред" направление "Сверхпроводимость" (1995-1997 гг.); - грантов Международного научного фонда и Российского правительства (NR2000, NR 2300); -гранта РФФИ "Влияние ударного слоя на процессы осаждения частиц при лазерном напылении пленок в буферном газе" (95-02-04394); - гранта РФФИ "Роль кластеров в формировании наноструктурных люминесцирующих пленок полупроводников методом лазерной абляции" (97-02-18469); - гранта РФФИ "Взаимодействие жидких микрокапель с твердой поверхностью: эксперимент и численное моделирование" (00-01-00832).

Личный вклад автора в представляемую работу и совместные работы. Автор принял непосредственное участие во всех работах, представленных в списке основных публикаций по теме диссертации и выносимых на защиту. Автор участвовал в формулировке задач, постановке и проведение экспериментальных исследований по развитие методики получения эпитаксиапьных пленок оксидных сверхпроводников с низким поверхностным сопротивлением, выборе методик и изучении их микроструктуры, состава и свойств, исследовании анизо-

тропии проводимости и кислородного обмена, а также анализе, разработке моделей и обобщении полученных результатов.

Автору принадлежит замысел и формулировка задач, постановка и проведение исследований условий возникновения режима тепловой неустойчивости оксидных сверхпроводников при воздействии транспортного тока и оптического излучения, анализ и интерпретация полученных результатов.

Автором поставлены и выполнены эксперименты по созданию микрокапельных контактных структур, исследованию процессов при взаимодействии жидких микрокапель металла с твердой поверхностью, проведен анализ экспериментальных данных и предложена качественная модель растекания и затвердевания капель металла при их осаждении на поверхность различных материалов. Автором созданы установки по изготовлению пленочных структур, исследованию сверхпроводящих свойств пленок и пленочных структур, измерению температурных зависимостей сопротивления, вольт-амперных и вольт-ваттных характеристик, газовой чувствительности, а также исследованию быстропротекающих процессов при соударении жидких микрокапель с твердой поверхностью. Автором совместно с М.Р. Предтеченским и А.Н. Черепановым был развит аналитический метод расчета времени затвердевания капель и числа колебаний, совершаемых каплей до момента затвердевания. Совместно с А.Н. Черепановым, В.Н. Поповым и М.Р. Предтеченским были выполнены работы по численному моделированию растекания и затвердевания капель.

Вклад автора в совместные исследования, результаты которых вошли в докторскую диссертацию М.Р. Предтеченского (Новосибирск, 1993 г.), основного соавтора работ, заключался в участии в формулировке задач и проведении исследований условий формирования эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников на подложках, характеризуемых значительным структурным несоответствием по отношению к материалу пленок, в изучении взаимосвязи условий получения, ориентационных и сверхпроводящих свойств пленок, в анализе каналов поступления кислорода в пленки и в развитии качественной модели формирования пленок при лазерном напылении. Эти результаты совместных исследований, вошедшие в докторскую диссертацию М.Р. Предтеченского, основными соавторами которых являются также В.Ф. Врацких, А.Н. Смапь, С.Н. Смирнов и О.М. Тухто, используются автором как дополнительные, обеспечивающие необходимую логику рассуждений, и оформлены соответствующими ссылками. Апробация работы. Материалы диссертации представлены на международных и отечественных конференциях и симпозиумах, основными из которых являются: 7 Всесоюзная конференции по росту кристаллов, 14-19 ноября 1988, Москва; 3 Всесоюзный Симпозиум "Неоднородные электронные состояния", ноябрь 1989, Новосибирск; 1 Всесоюзное совещание по проблемам диагностики материалов ВТСП, апрель 1989, Черноголовка; II Всесоюзная конференция по высокотемпературной сверхпроводимости, сентябрь 1989, Киев; International conference on high-temperature superconductivity, September 1989, Beijing, China; Second World Congress on Superconductivity, September 1990, Houston, USA; International conference on superconductivity (ICSC), January 1990, Bangalore, India; ICMC'90 Topical Conference - High-Temperature superconductors: Material Aspects, May

1990, Garmisch-Partenkirchen, FRG; International conference on advanced materials (ICAM91), May 1991, France, Strasbourg; International Conference on Superconducting and quantum effect devices and their Applications (SQUID'91), June 1991, Berlin, Germany; 3 Всесоюзное совещание по высокотемпературной сверхпроводимости, апрель 1991, Харьков; 15th International Cryogenic Engeneering Conference and Industrial Ex'ibition (ICEC 15), June 1994, Genova, Italy; Fourth International Conference and Exibition: World Congress on Superconductivity, June-July 1994, Orlando, USA; 14й International Symposium on Plasma Chemistry, August 2-6, 1999, Prague, Czech Republic; 32nd International Symposium on Microelectronics, October 1999, Chicago, USA; European Microelectronics Packaging and Interconnection Symposium, June 2000, Prague, Czech Republic.

Публикации по теме. По теме диссертации опубликовано 35 статей в отечественных и международных журналах, сборниках, материалах конференций и препринтах. Имеется один охранный документ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения (выводов) и списка литературы. Работа изложена на 241 страницах машинописного текста, включая 67 рисунков и 7 таблиц. Список литературы насчитывает 395 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дан краткий литературный обзор состояния и направлений исследований, ориентированных на решение вопросов, связанных с перспективами практического применения пленок оксидных высокотемпературных сверхпроводников и структур на их основе в сверхпроводниковой электронике. Сформулированы цели работы и обоснована их актуальность, указаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации посвящена решению проблемы формирования эпи-таксиальных пленок оксидных высокотемпературных сверхпроводников с низким поверхностным сопротивлением (микроволновым поверхностным импедансом) на подложках из материалов, перспективных для практического использования в СВЧ технике и быстродействующей сверхпроводниковой электронике.

В первой части главы дан литературный обзор исследований, направленных на развитие метода лазерного напыления для получения пленок многокомпонентных оксидных сверхпроводников. Сделан вывод о том, что, несмотря на значительное количество работ, посвященных получению пленок высокотемпературных сверхпроводников, и на существенное продвижение в понимании роли процессов при лазерном напылении, усилия исследователей в значительной степени сконцентрированы на эмпирическом подходе к оптимизации условий напыления пленок. Сложный состав оксидных сверхпроводников, высокие требования к структурному совершенству пленок, а также наличие большого числа параметров, определяющих их формирование, порождает ряд проблем при их получении. Отмечено, что процесс накопления экспериментальных данных и

анализа закономерностей, обнаруженных при синтезе пленок различных материалов, является необходимым этапом развития метода лазерного напыления.

С позиций практического применения оксидных сверхпроводников в быстродействующей микроэлектронике и СВЧ технике актуальным является получение пленок оксидных сверхпроводников с низким значением поверхностного сопротивления на высоких частотах на подложках из материалов, характеризуемых, низким тангенсом диэлектрических потерь. Одним из таких материалом является сапфир, широко используемый при создании устройств микроэлектроники и микроволновой техники. Основным препятствием на пути синтеза высококачественных ВТСП пленок на сапфире является качественное и количественное несоответствия гексагональной кристаллической решетки сапфира с кристаллической структурой ВТСП материалов и химическое взаимодействие на границе пленка - подложка в процессе высокотемпературного синтеза.

Однако, в серии работ, послуживших основой представляемой работы и по- <

священных особенностям формирования эпитаксиальных пленок высокотемпературных сверхпроводников состава УВагСизОб+х на подложках из сапфира без буферного подслоя, была продемонстрирована возможность получения тонких пленок с высокой плотностью критического тока ]С(Т=78К)= 106-107А/см2. Были проанализированы условия синтеза пленок и отмечена взаимозависимость основных параметров лазерного напыления. Было показано, что эпитаксиальный рост пленок реализуется при ориентации сапфира (1012), но несоответствие параметров кристаллических решеток материалов вызывает изменение структурных характеристик и сверхпроводящих свойств пленок.

Однако, задача получения пленок с низким поверхностным импедансом накладывает дополнительные требования к качеству пленок и их свойствам. Речь идет не только о достижении высоких транспортных свойств и ориентационных характеристик пленок, но и об однородности этих свойств по толщине пленок, которая должна быть соизмерима с глубиной проникновения магнитного поля (~200 нм для тангенциально направленного магнитного поля). Для решения этой проблемы необходимо дальнейшее совершенствование методики напыления, основанное на изучении особенностей в условиях формирования пленок, их микроструктуре, сверхпроводящих и микроволновых свойствах, обусловленных структурным не соответствием материалов пленки и подложки. В качестве пути решения этой проблемы было предложено использовать методику сопоставления условий напыления пленок на подложки из сапфира и БгТЮз, материале наиболее удобном для формирования эпитаксиальных пленок высокотемпературных сверхпроводников.

Формирование пленок проводилось, используя метод лазерного напыления. В качестве источника излучения использовался импульсный Ш:УАС лазер с длиной волны - 1.06 мкм, длительностью импульса - 10-20 не, энергией в импульсе - 0.3 Дж и частотой повторения импульсов -10-20 Гц. При фокусировке на мишени обеспечивалась плотность мощности - 108-109 Вт/см2. Варьируемыми и контролируемыми параметрами напыления являлись - энергия лазерного излучения, расстояние мишень-подложка, давление реакционного газа (кислорода 10150 Па), температура подложки (700-850°С). Чтобы обеспечить насыщение пле-

нок оксидных сверхпроводников кислородом, после напыления камера наполнялась кислородом до атмосферного давления и, далее, проводилось постепенное снижение температуры до комнатной со скоростью 5-20 К/мин.

Мишени представляли собой керамические образцы оксидных сверхпроводников стехиометрического состава (УВа2Си307.х, 0сЮа2Сиз07.х).

Морфология пленок исследовалась на растровым электронным микроскопом "1ео1 35СР". Толщина пленок измерялась интерференционным методом. Структурные и ориентационные характеристики пленок исследовались на рентгеновском дифрактометре "Дрон-4М" (СиКа-излучение), а также с помощью метода комбинационного рассеяния. Результаты измерения значений параметра решетки > с пленок использовались для оценки содержание кислорода в пленках. Микро-

структура пленок исследовалась, используя технику электронной микроскопии высокого разрешения (НИЕМ) на микроскопе ШОЬ 1ЕМ-4000ЕХ. Химическая и фазовая композиция пленок анализировалась, используя метод дифференцирующего растворения. Транспортные и сверхпроводящие свойства пленочных образцов - сопротивление (включая температурные зависимости сопротивления), температура сверхпроводящего перехода, плотность критического определялись, используя стандартный 4-х зондовый метод измерения на автоматизированном комплексе по измерению электросопротивления и вольт-амперных характеристик (ВАХ) пленочных образцов. Для проведения измерений изготавливались микромостики размером 50x500 (100x1000) мкм2. Поверхностное сопротивление пленок (микроволновый импеданс) измерялся, используя методику замещения пленочным образцом одной из стенок медного цилиндрического СВЧ резонатора работающего на частоте 75.2 ГГц.

Таблица 1

Подложка (ориентация) с, нм де Ду Тс, К Та=о, К 1Ш00Ю ЩЗООК) М78К), А/см2

Градусы

ЗгТЮз(ЮО) 1.167 0.7 0.8 90 89 0.35 4.0-106

А120з(Ю12) 1.169 2.0 4.0 88 87 0.38 4.5 • 106

А120з (поликор) 1.168 1.5 - 89 83 0.6 0.5-104

В качестве основных параметров, характеризующих качество синтезируемых пленок, были выбраны их сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводящего перехода и плотность критического тока) и ориентационные характеристики пленок (преимущественная ориентация пленок относительно плоскости подложки и углы разориентации кристаллических осей пленки). Результаты рентгеноструктурного анализа показали, что ось с пленок на сапфире с ориентацией поверхности (1012) направлена по нормали к поверхности подложки (сориентированные пленки). Пленки характеризуются преимущественной ориентацией в плоскости аЬ, тоесть являются эпитаксиальными. Типичные значения (усредненные по многим образцам) углов разориентации кристаллических осей с- (Д0) и а(Ь) - (Ду) пленок на сафире, БгТЮз и поликристаллическом АЬОз, на-

ряду с их сверхпроводящими свойствами (температурой сверхпроводящего перехода Тс, плотностью критического тока ]С(78К) и наклоном температурных зависимостей сопротивления Я(Ю0К)Л1(300К)) приведены в Таблице 1.

Ориентационные свойства пленок или, в более широком смысле, кристаллическое совершенство пленок является отражением условий их формирования. На Рис. 1 представлена серия графиков, демонстрирующих влияние температуры подложки Т5 в процессе синтеза пленок на их сверхпроводящие и ориентационные свойства. Обращает внимание существование определенной области температур, в которой реализуется эпитаксиальный рост пленок. Аналогичная закономерность наблюдалась и при вариации других ключевых параметров напыления - давления газа, плотности энергии лазерного излучения и расстояния мишень-подложка. Из графиков видно, что увеличение температуры подложки Т5 приводит к существенному снижению сверхпроводящих и ори-ентационных свойств пленок. Однако было отмечено, что если начальная стадия формирования пленки реализуются при оптимальных условиях, то последующее увеличение температуры не приводит к значительному изменению свойств пленок. Для сопоставления на Рис. 2 приведены данные по условиям формирования пленок на подложках из БгТЮз. Видно, что в отличие от сапфира, формирование эпитаксиальных пленок на подложках из БгТЮз происходит при более высоких температурах.

Результаты исследований с использованием электронной микроскопии высокого разрешения (Ш.ЕМ) показали (Рис. 3), что пленки на сапфире состоят из двух типов монокристаллических областей (кристаллитов) субмикронных размеров, разделенных малоугловыми границами. Ось с кристаллитов направлена по нормали к плоскости подложки. На границе кристаллитов имеет место скачкообразное изменение угла ориентации в плоскости аЪ приблизительно равное 4°. Ориентация кристаллитов совпадает с направлениями [2021] и [0221] сапфира и соответствует псевдокубическому расположению атомов А1 в плоскости (1012)

Рис. 1. Влияние температуры подложки при синтезе пленок на температуру сверхпроводящего перехода (Тс и Тв=,0), плотность критического тока (Ц78К)) и степень разориентации кристаллических осей (Д0 и Ду).

90 q - лит. данные Si-TiOj

■

* 86 - Sd

в

I \ Сапфир

Н 82 / /

78 / / | I 1 1

720

760

800 X

840

860

Рис. 2. Влияние материала и температуры подложки на температуру сверхпроводящего перехода пленок. Лит.данные - Geerk J., Linker G., Meyer О. Materials Science reports, 1989, No.4, pp. 193-260.

сапфира. Эти направления не являются идеальными для эпитаксиального роста пленок. Углы между этими направлениями отличаются от 90°, а значения расстояний, характеризующих ближайшие позиции атомов алюминия, значительно отличаются от параметров кристаллической решетки пленок. Можно только предположить, что определенное эпи-таксиальное соответствие возникает на больших масштабах.

Эксперименты по вариации толщины пленок показали следующее. Образцы с толщиной до 100-150 нм характеризовались максимальными значениями плотности критического тока (Таблица 2). При увеличении толщины пленок происходило снижение эффективного значения плотности критического тока и увеличение поверхностного сопротивления. У образцов состава УВа2СизОб<\ толшиной 300 нм наблюдалась потеря преимущественной ориентации верхних слоев пленки. У образцов состава ОсПЗагСизОб+х, ориентация верхних слоев пленки до этой толщины сохранялась, однако наблюдалось образование линейно-сетчатых дефектов. Образование дефектов происходило при фазовом переходе оксидного материала из тетрагональной фазы в орторомбическую, то есть при существенном изменении параметров кристаллической решетки.

Тот факт, что пленки на сапфире состоят из микрокристаллитов, позволяет предположить, что формирование пленок имеет островковый характер. В отличие от ЭгТЮз, для которого по литературным данным наблюдался послойный рост. С другой стороны известно, что оксидные сверхпроводники характеризуются значительной анизотропией скорости роста в различных кристаллографических направлениях. То, что скорость роста в плоскости аЪ значительно выше,

Рис. 3.1ЖЕМ фотография 0<1ВаСи0 пленки, иллюстрирующая типичную ориентацию кристаллитов пленки и формируемую ими молоугловую границу (на вставке - схема малоугловой границы).

способствует формированию кристаллитов с осью с, ориентированной по нормали к поверхности подложке. Наличие двух эквивалентных направлений роста, а, следовательно, и двух типов кристаллитов, различающихся ориентацией в плоскости аЬ, предопределяет минимально достижимые значения углов разориента-ции кристаллических осей пленок Ду~4-6°, наблюдаемых в эксперименте (Таблица 1).

Таблица 2

Толщина пленок, нм Материал пленок Плотность критического тока ]с(78К), А/см2 Поверхностное сопротивление Я5(78К, 75.2ГГц), мОм

100 УВа2Си307.х 5 • 106 100

СаВа2Си307.х 8 • 106 80

200 УВа2Сиз07.х 2-Ю6 100

0ёВа2Сиз07.х 3-Ю6 60

300 УВа2Си307., <105 >300

ОсШагСиэО?.* 2 • 105 300

Кроме ориентационных свойств, несоответствие параметров кристаллической решетки сапфира и материала пленки, проявляется и в изменении структурных характеристик и сверхпроводящих свойств пленок на сапфире от свойств пленок на подложках из БгТЮз (Таблица 1). Можно предположить, что наблюдаемые отличия являются результатом деформаций в монокристаллических областях пленки. Предположение о существовании деформации, а, следовательно, напряжений в пленках становится принципиальным при анализе причин, приводящих к образованию линейно-сетчатых дефектов. В случае пленок состава всЦЗагСизОб+х, с увеличением толщины пленок при фазовом переходе напряжения возрастают, и происходит образование дефектов.

При осаждении пленок состава УВагСизОв+х наблюдаемый размер кристаллитов меньше, что может быть интерпретировано как присущее этому материалу меньшее значении фактора анизотропии скорости роста. При неизменных условиях напыления в верхних слоях пленки возрастает вероятность формирования областей с а(Ь) ориентацией, то есть происходит формирование поликристаллического верхнего слоя. Малые размеры УВагСизОб+х кристаллитов и большое количество межзеренных границ снижают влияние эффекта, связанного с изменением параметров решетки материала пленки при фазовом переходе. Образования линейно-сетчатых дефектов не происходит.

Образование дефектов и дезориентация верхних слоев приводят к нарушению однородности пленок и снижению макроскопических транспортных и микроволновых свойств. Следовательно, основным требованием к получению пленок с низким поверхностным импедансом является обеспечение их однородности. Были рассмотрены два варианта формирования эпитаксиальных пленок с низким поверхностным импедансом. В первом варианте принималось во внимание, что с точки зрения оптимальных значений, условия формирования начальных слоев пленки (Рис. 1), как соответствующих условиям гетероэпитаксиально-

го роста могут отличиться от условий формирования последующих слоев пленки, растущих как гомоэпитаксиальные. Следовательно, для пленок состава УВагСизОб+х необходима коррекции условий напыления в процессе их формирования, чтобы обеспечить их оптимальность при переходе от стадии гетеро- к стадии гомоэпитаксиального роста. Проводя аналогию с оптимальными условиями формирования пленок на подложках' из БгТЮз (Рис. 2), это может быть выполнено путем увеличения температуры синтеза. Второй вариант предполагает двухслойное напыление пленок, используя различие в величине фактора анизотропии скорости роста исследуемых материалов. В этом варианте, первые слои осаждались из вс! Ва2СизОбп мишени. Затем, производилось напыление с использованием УВагСизОв+х мишени. При реализации этих вариантов были получены пленки толщиной 300 нм без видимых дефектов и с низким поверхностным сопротивлением. Минимальное значение составляло20 мОм на частоте 75.2 ГГц при температуре 78 К.

Вторая глава посвящена исследованию кислородного обмена в пленках оксидных сверхпроводников и выяснению возможного механизма их газочувствительности по отношению к газам восстановителям.

Напыление пленок оксидных сверхпроводников проводится при пониженном давлении реакционного газа - кислорода. В условиях высокотемпературного синтеза устойчивой является тетрагональная фаза, не проявляющая сверхпроводящих свойств. Чтобы обеспечить переход тетрагональной фазы в орторомбиче-скую, являющуюся сверхпроводящей, в процесс получения включают необходимую для этого дополнительную процедуру насыщения пленок кислородом (слабосвязанный или лабильный кислород). Так как свойства оксидных сверхпроводников в существенной мере зависят не только от содержания, но и от распределения слабосвязанного кислорода, то встает вопрос об оптимизации процесса насыщения пленок кислородом. Информация о кинетике кислородного обмена особенно актуальна при приготовлении пленок оксидных сверхпроводников на химически активных подложках, таких как сапфир, когда необходимо ослабить процесс взаимодиффузии между пленной и подложкой. Это может быть достигнуто путем минимизации времени высокотемпературной стадии приготовления пленок. Существует также и другой аспект этой проблемы. В ряде работ была отмечена высокая каталитическая активность и чувствительность многокомпонентных оксидных материалов к таким газам восстановителям как водород, аммиак, метан, этанол и др. Практический интерес к покрытиям, совмещающим функции каталитических поверхностей и токопроводящих элементов в твердо-оксидных топливных элементах, газоразделительных мембранах и газочувствительных устройствах активно стимулировал развитие работ в этой области. В литературе предполагалось, что основным механизмом, определяющим газочувствительность оксидных полупроводниковых материалов, является процесс хемо-сорбционного переноса заряда при взаимодействии газов с поверхностью оксидов и связанное с этим процессом изменение концентрации носителей заряда в поверхностных слоях. С другой стороны, в работах по исследованию ряда окислов металлов и высокотемпературных сверхпроводников были получены данные о значительном влиянии объемного содержания слабосвязанного кислорода

Время реокисления, с 10 20

на электрофизические свойства этих материалов. Предполагая, что именно участие слабосвязанного кислорода в реакциях окисления газов определяет механизм газочувствительности оксидных сверхпроводников, при формулировке методологии проведения экспериментов было предложено использовать проводимость оксидных пленок как индикатор процессов, связанных с кинетикой "входа-выхода" кислорода (восстановления 1 реокисления образцов пленок) при изменении состава окружающей газовой атмосферы.

Вторым важным моментом было использование образцов пленок различной толщины. Если при вариации газового окружения происходит изменение объемного содержания кислорода в пленках, то, естественно, этот процесс будет зависеть от толщины образцов. Так как обсуждаемые процессы являются многостадийными, то в зависимости от того, какая из стадий будет лимитирующей, можно ожидать, что функциональные зависимости кинетических коэффициентов от толщины пленок будут различными.

В экспериментах образцы пленок различной толщины (Ь0, 2Ь0, ЗЬ0 и 4Ь0, где Ьоя50 нм) помещались в реактор с входом и выходом для напуска и откачки газа. Варьируемое газовое окружение - кислород, вакуум (100 Па) и монооксид углерода (99 % СО). Основным модельным материалом был оксидный сверхпроводник состава Ьа2. ,8г;Си04-х. Диапазон исследуемых температур - 250-600°С. Характерные времена изменения газового окружения составили - процесс замены 02 на СО (или СО на 02) - 50 с; откачка 02 (02-вакуум) - 40 с, напуск 02 (вакуум-02) - <5 с. На Рис. 4 представлены два графика, иллюстрирующие характер изменения проводимости пленок а^) во времени при изменении окружающей атмосферы. График 1 - "выход" кислорода из пленки в вакуум. Проводимость уменьшается. График 2 - обратный процесс - насыщение пленок кислородом. Проводимость возрастает. Эти два процесса несимметричны во времени. Реокисление образца значительно более быстрый процесс, чем его восстановление в вакууме.

Более подробно влияние температуры образцов и их толщины на процессы восстановления в вакууме и атмосфере монооксида углерода (СО) и реокисления атмосфере кислорода демонстрируется на Рис. 5, где в логарифмическом масштабе приведены временные зависимости изменения проводимости. Видно, что для всех вариаций газового окружения увеличение температуры приводит к ускорению процесса изменения проводимости. Для пленочных образцов большей толщины время их восстановления и реокисления увеличивается, что свидетель-

г

9.09

• 06

с 03

- ч --^реокисление (2)

^"''-^восстановление (1)

6000

2000 4000

Время восстановления, с

Рис. 4. Пример кинетических зависимостей изменения проводимости пленочного образца (толщина Ь0) в процессе его восстановления в вакууме (График 1) и последующего реокисления в атмосфере кислорода (График 2) при температуре 750К.

А 9.5

90

. 85

80

75

--___Т=730К

К (2Ц,)

\ К

\ N^60 К

N.770 К \

В 8

0 1000 2000 3000 4000 Время, с

■---- м« V '•». 1

ч. К (у

- \ 575К 1 \550K

1000 Время, с

2000

Рис. 5. Изменение проводимости образцов при их экспозиции: А - в вакууме, В - в атмосфере кислорода, С - в атмосфере газа-восстановителя (СО).

ствует в пользу исходного предположения об изменении объемных свойств материала. Для анализа полученных экспериментальных данных были использованы следующие допущения. Предполагалось, что проводимость оксидного материала пропорциональна содержанию в нем слабосвязанного кислорода

где с - концентрация слабосвязанного кислорода в объеме материала. Окисление и восстановление объема материала происходит путем диффузии кислорода в пленку по вакансиям. Учитывая геометрию образца, рассматривалось одномерное уравнение диффузии

р<?2с(М)

а. йс2

где Б - коэффициент диффузии кислорода, а условие для потока на границе пленка-подложка

ди

= 0

На границе пленка-газовая среда рассматривались два типа реакций. В случае восстановления пленок в вакууме и реокисления их в атмосфере кислорода это -

1/20-, + У5 цО1' 05 05 + 05 =>к' 02 05+Уу «Оу+У5

адсорбция молекулы кислорода, её быстрая диссоциация и взаимодействие с кислородной вакансией на поверхности пленки Уз с образование поверхностного абсорбированного атома кислорода Ок. Обратные реакции - определяют процесс десорбции кислорода в атомарной и

молекулярной форме. Третья реакция определяет процесс взаимодействия поверхностного кислорода Об с объемной вакансией Уу и образования объемного атома кислорода решетки Оу. Прямое и обратное направление этой реакции определяет кислородный обмен между поверхностью и объёмом пленки, которому соответствует поток из объема пленка. Следуя отмеченным реакциям, второе граничное условие может быть записано в следующей форме

где Р0 -давление кислорода в окружающей атмосфере, с(х,1) - концентрация кислорода в объеме, к; - соответствующие кинетические коэффициенты рассмотренных реакций, с1о - толщина тонкого поверхностного обменного слоя пленки. В случае восстановления пленок в атмосфере газа восстановителя (СО) это реакции

11 + 0, =>110

а

5 [ я+о, =>*• ЯО+У,

110а=>1Ю + У5]

- адсорбции молекулы газа восстановителя Я (СО), быстрого окисления молекулы при взаимодействии с поверхностным атомом кислорода и последующей десорбции продукта окисления Я0А (С02). Так как в случае восстановления пленок в атмосфере СО давление кислорода Ро=0, то для этого процесса граничное условие может быть записано в следующем виде

Л <ж

Здесь Я есть давление газа восстановителя (СО).

Начальные условия - в случае восстановления образцов в вакууме и атмосфере газа восстановителя это равновесное содержание кислорода в пленках с„(Ро, Т), определяемое давлением кислорода в атмосфере и температурой. В случае реокисления - начальная концентрация кислорода с0—>0. Проводимость определялась интегрированием распределения кислорода по толщине образца

||

Д<7(1) = (7(1) - стт (с 0) = А |с(х,1)с1х

о

где Да - изменение проводимости образца относительно состояния с минимальным содержанием кислорода <ттт(с0 —>0), А - коэффициент пропорциональности.

Следуя используемому приближению, два основных процесса определяют кинетику входа-выхода кислорода. Это поверхностные процессы и диффузия кислорода в пленке. Предполагалось, что при восстановлении образцов в вакууме, как самом медленном процессе, лимитирующей стадией являются поверхностные процессы и параметр Био Вк<1. В этом случае из общего решения

" с№ _ Со к2

-ехр(~^0

к3с(0 + к2 к3с0+к2 И можно выделить два предельных случая. Когда десорбция кислорода происходит преимущественно в молекулярной форме

---М + сог^

Дет© Ь

и когда основным является процесс десорбции кислорода в атомарной форме

к

Дсг(1:) - со!^ ■ ехр (—М)

И

Рассматриваемые предельные случаи отличаются характером зависимостей проводимости от времени. Можно ожидать, что случай преимущественной десорбции кислорода в молекулярной форме может иметь место при высоких концентрациях

о

0.0

о

1000 2000 3000 4000

Время, с

кислорода в пленках и в области Рис- 6- Экспериментальные зависимости из-

низких температур На Рис 6 менения проводимости пленочных образцов

экспериментальные данные (Рис. ПРИ их экспозиц,,и 8 вак^е (Рис'5А) пРед"

5 А) перестроены в обратных ко- ставлены в к00Рдинатах ст' от

чальные участки графиков, измеренные при низких температурах, близки к линейным зависимостям. С понижением концентрации кислорода и при повышенных температурах может возрастать вероятность десорбции кислорода в атомарной форме. На Рис. 5А экспериментальные данные приведены в логарифмическом масштабе. Видно, что для больших времен, когда можно ожидать существенного снижения содержания кислорода в пленках, характер зависимостей близок к линейному. С увеличением температуры протяженность линейных участков зависимостей возрастает.

В случае реокисления пленочных образцов в атмосфере кислорода и их восстановления в атмосфере газа-восстановителя параметр Био В>1 и лимитирующей стадией является процесс диффузии. Для реокисления образцов в атмосфере кислорода

приближенные решения для проводимости пленочных образцов предполагают экспоненциальный характер изменения во времени, что согласуется с результатами экспериментов, которые представлены на Рис. 5В и Рис. 5С в логарифмических координатах.

Основываясь на качественном согласии экспериментальных данных и приближенных решений, были рассмотрены постоянные времени этих процессов.

ординатах ст"'(0- Видно, что на-

и для восстановления в атмосфере монооксида углерода

Таблица 3

Процесс Постоянная времени

Реокисление в атмосфере кислорода г 4ь2 ь2 ТI = -г— ~ ь гГЪ

Восстановление в атмосфере СО 4Ь2 .2

Восстановление в вакууме: - десорбция молекул Ь V,

- десорбция атомов г4=---Ь К

В Таблице 3 приведен ожидаемый вид их функциональной зависимости от тол щины пленочных образцов, а на Рис. 7 - результаты обработки эксперименталь ных данных. Для сопоставления на Рис. 7 приведены расчетные зависимости, соответствующие линейной и квадратичной зависимостям от толщины пленок (т=Ь и т=Ь2). Видно, что данные эксперимента качественно согласуются с предполагаемым видом зависимостей.

Если предположить, что каждый из анализируемых процессов имеют актива-ционный характер, то можно оценить энергии активации этих процессов. Результатами оценки являлись следующие значения энергий активации. Энергия активации диффузии кислорода - 0.9 эВ, энергия десорбции атомов кислорода - 1.9 эВ и энергия десорбции молекул кислорода - 1.5 эВ. Эти оцененные значения энергий активации согласуются с результатами работ для близких по составу оксидных систем, содержащих слабосвязанный кислород.

Таким образом, можно сделать за- рис. 7. Зависимости постоянных вре-ключение, что, при экспозиции в вакуу- мени процессов 1п(т,) от толщины ме, определяющими являются медленные „ленок 1п(М10): т, - реокисление в ат-поверхностные процессы. При реокисле- мосфере кислорода, х2 - восстановлении пленок в кислороде, а также при их ние в атмосфере газа-восстановителя восстановлении в атмосфере газов- (СО), т3 - десорбция кислорода в ва-восстановителей, определяющим процес- кууме в молекулярной форме, т4 - де-сом является диффузия кислорода в сорбция кислорода в вакууме в ато-пленке. Из полученных данных также марной форме. Расчетные зависимо-следует, что при контакте с газом- с™ т=11 и т=Ь2.

1п(№0)

восстановителем происходит объемное изменение содержания кислорода в пленках оксидного сверхпроводника. Следовательно, газочувствительность оксидных материалов со слабосвязанным кислородом обусловлена участием лабильного кислорода в реакциях окисления газов восстановителей на их поверхности, а изменение содержания лабильного кислорода и связанное с ним изменение проводимости оксидных материалов определяют величину их газочувствительности.

В третьей главе представлены результаты исследований анизотропных свойств (сопротивления) эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников и механизма тепловой неустойчивости, возникающей в резистивном состоянии оксидных сверхпроводников при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения.

Интерес к исследованию анизотропии свойств высокотемпературных сверхпроводников обусловлен тем, что, с одной стороны, информация о таких параметрах как сопротивление и температура сверхпроводящего перехода в различных кристаллографических направлениях необходима для характеризации оксидных сверхпроводников как физического объекта, а также при создании устройств на их основе.

Исследования анизотропии транспортных свойств проводятся, как правило, на монокристаллах. Однако малые размеры монокристаллов затрудняют непосредственное измерение компонент сопротивления в различных кристаллографических направлениях. Используемый обычно для измерений проводимости метод Монтгомери также приводит к неточностям, особенно в области сверхпроводящего перехода. В работах, посвященных исследованию анизотропии транспортных свойств высокотемпературных сверхпроводников, были представлены достаточно противоречивые данные о их проводимости в различных кристаллографических направлениях. Был зарегистрирован как "полупроводниковый", так и "металлический" характер температурных зависимостей, а также обнаружен ряд особенностей в поведении компонент сопротивления в области сверхпроводящего перехода. В данной работе образцами для исследований послужили специально синтезированные эпитаксиальные пленки с осью с, направленной под различными углами относительно нормали к поверхности подложки (в диапазоне а = 0 - 30°). Измерение компонент сопротивления пленок проводилось на пленочных структурах -микромостиках, ориентированных в соответствии с направлением кристаллографических осей пленок (Рис. 8). Измеряемыми являлись раь и рсаь компоненты

Рис. 8. Ориентация микромостиков на поверхности пленочных образцов и варианты расположения измерительных контактов (токовых и потенциальных) при измерении сопротивления образцов методом Монтгомери.

сопротивления. Искомая рс компонента рассчитывалась из известного выраже-

ния рсаь= Раь cos2a + рс sin2a

2.0

РГО

р(ЗООК)

1.6 •

1.2 •

Результат снижения содержания кислорода

50 100 150 200 250 300 Т,К

Рис. 9. Температурные зависимости измеряемых компонент сопротивления и пример влияния снижения содержания кислорода в пленках (путем дополнительной термообработки при 400°С и охлаждения в вакууме) на харакгер температурных зависимостей р„ь и РсаЬ компонент сопротивления.

Следуя методу Монтгомери, измерения также проводилось при расположении измерительных контактов по вершинам квадрата (Рис.8). В этом случае анализировались эффективные значения сопротивлений 1^12= и 12/1 и Ке23=и2з/1. На Рис. 9 в качестве примера приведены температурные зависимости раь и рсаЬ измеряемых компонент сопротивления (исходный образец). Видно, что компоненты сопротивления РаЬ и рс, (внутрипло-скостная и межплоскостная компоненты) проявляют "металлический" характер температурных зависимостей, то есть сопротивление уменьшается при снижении температуры. Значение фактора анизотропии и его изменение с температурой (Т=100-300К) в целом укладываются в интервале 15-30. Был рассмотрен вопрос о влиянии

содержания кислорода на свойства пленок. Из представленных на Рис. 9 температурных зависимостей компонент сопротивления, видно, что при снижении содержания кислорода изменяется наклон температурной зависимости раь(Т), а характер изменения рсаь (и рс) компоненты сопротивления становится полупроводниковым. По-видимому, именно

недостатком кислорода в образцах объясняются результаты ряда работ, в которых был зарегистрирован полупроводниковый характер температурной зависимости для с-компоненты (межплоскостной компоненты) сопротивления. В опытах по вариации содержания кислорода была также обнаружена другая закономерность. На Рис.10 приведены данные по измеренным значениям параметра решетки с и температуры сверхпрово-

ы: ,о

1.172

1 169 1.170 с, нм

Рис. 10. Корреляции между значением параметра решетки с эпитаксиальных пленок и температурой их сверхпроводящего перехода.

дящего перехода для каждого из образцов пленок. Видно, что максимальные значения температуры сверхпроводящего перехода Тс достигаются при содержании кислорода в образцах меньшим максимального. Необходимо также отметить обнаруженное на ряде образцов (Рис. ПА) различие в температуре начала сверхпроводящего перехода для раь и рсаь компонент сопротивления. По-видимому, данное состояние связано с особенностями в распределении атомов кислорода в кристаллической решетке пленок, так как при вариации содержания кислорода в таких образцах путем их дополнительной термообработки, обнаруженное различие исчезало.

Зафиксированное различие в температуре сверхпроводящего перехода компонент сопротивлении определенным образом проявлялось при измерении эффективных сопротивлений данных образцов методом Монтгомери (Рис.11 В). Видно, что температурные зависимости эффективных сопротивлений Ке12(Т) и Яе2з(Т) качественно различны. Обращает на себя внимание резкое увеличение эффективного сопротивления 11е12 вблизи сверхпроводящего перехода. Подобная особенность наблюдалось и в других работах.

Рис. 11. Вид температурных зависимостей раЬ и рсаь компонент сопротивления и эффективного сопротивления пленочного образца при измерении:

A) - на ориентированных микромостиках (раь и рсаь компоненты сопротивления);

B) - методом Монтгомери при различном расположение измерительных контактов: эффективные сопротивления RoI2= и,2/1 и Rd3=Uj3/I;

C) - расчет эффективных сопротивлений Rn и R13 по известным значениям Pab(T) и Рсаь(Т) компонент сопротивле-ния-Рис.11 А.

Используя решение задачи растекания тока из точечного источника в тонком слое анизотропного материала, был проведен расчет температурных зависимостей эффективных сопротивлений (Рис. 11С). Проведенный анализ показал, что появление эффекта резкого увеличения сопротивления в области сверхпроводящего перехода обусловлено различием в температурах сверхпроводящего пе-

т.к

рехода компонент сопротивления, а величина эффекта определяется степенью крутизны перехода. Этот факт необходимо учитывать при анализе результатов измерения проводимости анизотропных сверхпроводников.

Вторая часть третьей главы посвящена исследованию тепловой неустойчивости оксидных сверхпроводников, возникающей в их резистивном состоянии при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения. При исследовании вольт-амперных характеристик оксидных сверхпроводников был отмечен эффект индуцированного током резкого перехода сверхпроводника из резистивного состояния в нормальное состояние, который был интерпретирован как режим тепловой неустойчивости. Информация об условиях возникновения этого режима, как отрицательного явления, необходима для прогнозирования его появления при работе устройств сверхпроводниковой электроники. С другой стороны, одним из возможных практических приложений пленочных высокотемпературных сверхпроводников является создание на их основе оптических переключающих устройств. Было предположено, что в качестве возможного режима работы подобных устройств может быть использован эффект тепловой неустойчивости. Для решения вопроса о механизме данного эффекта и возможности его использования в оптических переключающих устройствах были проведены исследования условий возникновения тепловой неустойчивости в пленочных сверхпроводниках, выделены основные параметры, характеризующие режим и ответственные за чувствительность к воздействию излучения, установлена взаимосвязь этих параметров между собой.

1,мА

Рис. 12. Вольтамперные характеристики пленочных микромостиков на подложках из ЭгТЮз и сапфира, измеренные при различных температурах.

Эксперименты были выполнены на пленочных структурах - микромостиках, сформированных на подложках из сапфира и ЭгТЮз, теплофизические свойства которых позволяли принципиально изменять условия теплообмена. При исследовании вольтамперных характеристик (ВАХ) пленочных микромостиков использовались два режима измерений. Измерения на постоянном транспортном токе и в импульсном режиме с различной длительностью импульсов тока. Для исследования фотоотклика пленочных микромостиков использовался оптический криостат. В качестве источника излучения применялся Не№ лазер с длиной волны 0,63 мкм и максимальной мощностью Р[. = 10 мВт. На Рис. 12

50 I,

мА 30

20

10

- ^^тр=10 мке

/ 100 мке

- 10 мс

-

0.0 0.1

0.4 0.5

0.2 0.3 и, В

Рис. 13. Вольтамперные характеристики микромостика УВа2СизОб+х/ БгТЮз, измеренные при Т= 87 К в импульсном режиме с различной длительностью (тр) импульсов тока.

приведены ВАХ пленочных микромостиков на подложках из сапфира и БгТЮз, измеренные в режиме пропускания постоянного тока. Обращает на себя внимание существование областей с резким увеличением напряжения в узком интервале значений транспортного тока. Видно, что величина эффекта возрастает со снижением температуры. Сопоставление ВАХ микромостиков на различных подложках показывает, что область с резким переключением напряжения более ярко выражена для образцов на подложках из ЭгТЮз, то есть на материале, теплопроводность которого значительно ниже. На Рис. 13 представлены результаты измерения ВАХ, проведенные в импульсном режиме с различной длительностью импульсов тока. Видно, что на начальном участке, в области малых токов, кривые ВАХ совпадают. По мере увеличения амплитуды импульсов тока имеет место резкое увеличение напряжения вплоть до значений, соответствующих переходу микромостика в нормальное состояние. При уменьшении длительности импульсов тока резкий рост напряжения происходит уже при больших амплитудах тока.

Полученные данные свидетельствуют в пользу тепловой природы данного эффекта. При пропускании через образец транспортного тока на микромостике выделяется мощность Ру=и1=1211 (здесь Я - сопротивление микромостика, являющееся функцией температуры), которая приводит к разогреву, а, следовательно, к увеличению сопротивления (Я) и дальнейшему увеличению выделяемой мощности Ру. Если выделяемая мощность превышает количество тепла, отводимого в подложку, то процесс принимает характер тепловой неустойчивости.

Приведенные рассуждения позволяют выработать подход к реализации условий измерения, необходимых для инициирования режима тепловой неустойчивости сверхпроводника воздействием излучения. В режиме измерения близкого к критическому, то есть, при котором происходит резкое увеличение напряжения, любое внешнее воздействие, приво-

4 6 , мВт

Рис. 14. Зависимости регистрируемого напряжения фотоотклика Ди^иь-Ц, пленочного УВа2Сиз06+ч/ ЭгТЮз микромостика от мощности излучения. Режим измерения - тр= 20 мке, температура: 1 - Т=83К, 2 - 85К, 3 - 88К.

дящее к дополнительному разогреву, переводит образец в состояние тепловой неустойчивости. Таким воздействием может быть излучение лазера. Режим измерения близкий к критическому может быть реализован подбором величины или длительности импульсов транспортного тока. На Рис. 14 представлены вольт-ваттные характеристики, измеренные при различных температурах. В отсутствие лазерного излучения регистрируемое напряжение ио мало. При одновременном воздействии лазерного и токового импульсов наблюдается резкое увеличение напряжения и^ зависящее от мощности излучения Рь Видно, что чувствительность подобного детектора определяется крутизной вольт-ваттной зависимости (ДЦУДРь). Крутизна вольт-ваттных характеристик возрастает при снижении температуры.

Для анализа основных закономерностей данного процесса была рассмотрена задача разогрева тонкого слоя материала с внутренним источником тепла, характеризуемого плотностью мощности Яу=РгА^ (где - объем пленочного микромостика), нелинейно зависящей от температуры. Основываясь на экспериментальных данных, в качестве приближения учитывался теплообмен с подложкой. Решалась система уравнений, включающая уравнение разогрева пленки (ЛТ|= Т( -Т0) относительно исходной температуры Т0 и уравнение теплопроводности для разогрева подложки ДТз= Те -Т0.

(1ЛТ, (I)

г Р,

■>Р$

<11

¿м;(х,1)

= ЧУ(ЛТг)-(1-?>Ю)

¿2ЛТ\(М)

а ' л1

где Сг, и р( - теплоемкость и плотность материала пленки, с.ч, и - коэффициент теплопроводности, теплоемкость и плотность материала подложки.

Мощность внутреннего источника тепла Ре=Р|.+Ру в общем случае складывалась из мощности излучения Р(, поглощаемого микромостиком, и мощности, выделяемой в микромостике при пропускании через него транспортного тока I, которая в соответствии с моделью крипа потока для малых перегревов аппроксимировалась зависимостью Ру=Ш=Ш(То)схр(уДТг)=РоСхр(уДТг), где у - коэффициент аппроксимации экспериментальных зависимостей и(Т, 1=согЫ). Коэффициент ср(0 характеризовал ту часть мощности, которая отводится в подложку, и определялся из граничного условия

<ЩДМ),

где с1 - толщина пленки. Приближенное решение для разогрева микромостика имеет вид

ДТ,(0 Й-1п

и в отсутствие излучения (Р|.=0)

-схр

Уг\

I + —-ехр

Р..

s-1

II Ф

ATr(t) =

7

где 2Р=(Я.5СзРб) °° - коэффициент аккумуляции тепла материала подложки, Э -площадь микромостика, через которую осуществляется отвод тепла в подложку.

Условие, при котором температура неограниченно возрастает (ДТг-»оо) отвечает режиму тепловой неустойчивости, а безразмерный параметр К

уР Х^

К = ^-->1

характеризует взаимосвязь параметров, определяющих этот режим. Отметим, что найденный параметр К характеризует отношение производных по температуре от мощности, выделяемой в образце (Ру), и от мощности, отводимой от него (Рэ), а значение К=1 разграничивает области устойчивого и неустойчивого состояний.

Таблица 4

Соотношение параметров Условие Оценка Эксперимент

Tp(.SrTiO,) Po=10 мВт -100 60

Р ir Y5 Tpi=10 мкс ТР2=100 мкс 3.2 2.5

Po2 V Tpi ) тР|=100 мкс т,в=10 мс 10 7

25 мкс

10 мкс

YBaCuO/SrTiOj

j_i_i_

Из полученного условия следует, что при использовании подложек из сапфира с большой теплопроводностью режим тепловой неустойчивости реализуется при больших значениях мощности Р0. При одинаковых значениях мощности, режим неустойчивости в образцах на сапфире возникает при больших значениях длительности импульсов тока (£=Тр). В качестве примера в Таблице 4 показана взаимосвязь между свойствами материала подложек и длительностью импульсов тока, между длительностью импульсов и значением мощности, при которых возникает неустойчивость.

Был проведен также расчет Щ - напряжения на микромостике, возникающего при одновременном воздействии импульсов тока и излучения. На Рис. 15 представлены расчетные и экспериментальные зависимости величины отклика ТЛ/Ц, от мощности излучения Рь Видно, что результаты оценок и расчетные зависимости качест-

4 6 8 10 Ри, мВт

Рис. 15. Экспериментальные и расчетные зависимости напряжения отклика микромостика от мощности излучения, полученные при различных значениях длительности импульсов тока - тр (1=50 мА).

венно правильно отражают результаты экспериментов, в частности тот факт, что чувствительность подобного переключающего устройства увеличивается при увеличении длительности (и амплитуды) токовых импульсов. Были измерены и оценены времена, характеризующие быстродействие пленочных микромостиков в режиме тепловой неустойчивости. Основываясь на полученных результатах, были изготовлены пленочные устройства, для которых была'достигнута чувствительность при переключении из резистивпого состояния в нормальное состояние сверхпроводника ~104 В/Вт при быстродействии 10° - 10"6с. В четвертой главе рассмотрен вопрос о формировании микрокапельных контактных структур с низким сопротивлением и приведены результаты исследования процессов при взаимодействии жидких микрокапель металла с холодной поверхностью.

При создании тонкопленочных устройств сверхпроводниковой электроники на основе оксидных сверхпроводников встает вопрос о токоподводящих элементах с низким переходным сопротивлением. В ряде работ, включая наши работы (см. список публикаций) была продемонстрирована возможность формирования металлических контактных покрытий с требуемым уровнем удельного сопротивления контакта металл-сверхпроводник <10 Ом см2. Однако, существует задача механического соединения токоподводящих элементов, решение которой особенно важно при создании многоэлементных устройств сверхпроводниковой электроники и интегрировании сверхпроводящих элементов с полупроводниковыми. Важным требованием к технологии создания соединений, наряду с технологичностью их изготовления, миниатюризацией и низким контактным сопротивлением, является минимизация температуры и времени разогрева мест соединений, так как оксидные сверхпроводники весьма чувствительны к нагреву. При увеличении температуры возможен частичный выход кислорода и взаимодиффузия материалов пленки и контактной поверхности. Оба этих процесса могут вызвать деградацию сверхпроводящих свойств пленки и увеличение контактного сопротивления. Указанным требованиям в полной мере отвечает технология осаждения микрокапель припоя, активно развиваемая в последнее время в микроэлектронике В этой технологии осуществляется прецизионное осаждение капель расплавленного припоя пиколитрового объема на контактные поверхности микроэлектроиных компонент. Осаждение жидких микрокапель припоя на поверхность металлических контактов позволяет получить высокую адгезию капель и низкое контактное сопротивление. Малый объем капель и применение низкотемпературных припоев позволяет существенно снизить локальный разогрев областей, прилегающих к месту соединений. Были проведены тестовые измерения и расчеты, которые показали, что при осаждении микрокапель припоя на пленочные структуры золото-сверхпроводник достигается низкий уровень контактного сопротивления, а локальный разогрев пленки и его длительность не приводят к деградации свойств сверхпроводника. Таким образом, задачу формирования точечных контактов в сверхпроводниковых устройствах можно отнести к общему кругу проблем, решаемых в микроэлектронике. В рамках этой, уже общей постановки задачи, для успешного внедрения микрокапельной технологии в микроэлектронику встает вопрос о прогнозировании формы затвердевших

капель металла при их осаждении на поверхности различных материалов в условиях, соответствующих средним значениям чисел Вебера (М^МОО) и Рей-нольдса (Яе<1500).

По результатам литературного обзора было отмечено, что при взаимодействии жидкой капли с твердой поверхностью растекание жидкости сопровождается теплообменом и фазовым превращением - кристаллизацией. Конкуренция этих процессов и определяет финальную форму затвердевшей капли. В связи с этим, задача оптимизация условий формирования капель определенной формы на контактных поверхностях различных материалов требует экспериментального исследования динамики растекания, охлаждения и затвердевания капель малого размера, включающее широкую вариацию как условий осаждения капель, так и условий смачивания и теплообмена. Необходимо также развитие аналитических моделей, позволяющих выделить влияние и взаимозависимость условий осаждения капель и свойств используемых материалов .

Эксперименты были выполнены на установке, основными элементами которой были генератор капель и система регистрации быстропротекающих процессов, включающую в себя ССД видеокамеру с микроскопным объективом и стробоскопическую систему с длительностью световой вспышки 1.5 мкс. Вариация времени задержки между эжекцией капель и вспышкой стробоскопа, позволяла выделить стадии процесса и далее реконструировать его последовательность.

Исследования проводились, используя оловяно-свинцовый припой эвтектического состава (63%5п-37%РЬ: температура

6.0

плавления/затвердевания (Т5о0-183 °С). Анализировалась форма затвердевших капель, осаждаемых при различных условиях (различные значения скорости капель -0.5-6 м/с, их размера -40-100 мкм и температуры - 185-350°С, температуры подложки - 35-185°С) на подложки из различных материалов (то есть варьировались условия смачивания и теплообмена). Анализ формы затвердевших капель проводилось на электронном сканирующем микроскопе.

с; с

ш ■ ■ ■ ■ ■ в

о

л

о

§ 6.0

2.2

3.3

_1_1_I_1_

50 80 120 160

Температура подложки Тб , °С

Рис. 16. Микрофотографии затвердевших капель, осаждаемых при различных значениях скорости капель и температуры подложки (Т0=275°С, Бй=38-44 мкм).

Основные эксперименты по осаждению ка-

пель были выполнены на золотых пластинах и полиамидных пленках, покрытых слоем золота (далее для краткости называемых золото/полиамид подложка). Эти материалы имели подобные условия смачивания, но существенно различные значения коэффициентов теплопроводности /.■> (>.ь=316 Вт м"1 К'1 для золота и /.ь=0.1б Вт м"' К"' для полиамида). Для исследования влияния условий смачивания и теплообмена на форму затвердевших капель использовались также подложки из сапфира (/.<, =30 Вт м"1 К"') и кремния (/^_=80 Вт м"1 К"1), как порытые тонким слоем золота толщиной 0.1-1 мкм, так и без покрытия.

Фотографии финальной формы капель осажденных на подложки из золота и золото/полиамид, приведены на Рис. 16. Варьируемыми параметрами были размер (Б^) и скорость капель (\м) и температура подложки ПЧ). Из представленных данных видно, что в зависимости от условий осаждения существенно изменяется форма капель. В частности, на поверхности капель наблюдаются характерные возмущения, количество которых увеличивается, а размер (высота) возмущений уменьшается при увеличении температуры подложки. Результаты исследования влияния свойств материала подложки (золото, золото/полиамид, кремний, сапфир) показали, что при осаждении капель на подложки из материалов с высоким коэффициентом аккумуляции тепла условия смачивания не значительно влияют на размер растекания и форму затвердевших капель. В каче-

50 юо

Температура подложки Т5. "С

Рис. 17. Микрофотографии затвердевших капель, осаждаемых при различных температурах подложки: а - сапфир, покрытый тонким слоем золота, Ь - сапфир без покрытия.

200

я 100

- 1

-

-

- » • .1 1 I г>_—---- 1 , , 1

»246 Скорое! Ь КЯПЛИ V,!, м/с

Рис. IX. Диамсф растекания затвердевших капель как функция скорости капель перед осаждением. Сопоставление 'жепериментальных данных и расчетных зависимое! ей. „7,В - подложки из золота, -,9,Х - золою/полиамид. Условия осаждения: „- - "1\~163"С, 0,1 "ЗХ-44 мкм; 9,7 - ТЧ-|63"С, 0^74-107 мкм; В,Х -Т\ КЗ"С, 0,1-74-107 мкм. Параметры расчета: I -мкм; 2 - 0,| "41 мкм.

стве примера на Рис. 17 приведены фотографии затвердевших капель, осажденных на подложки из сапфира, в одном случае покрытых слоем золота, в другом случае без покрытия.

Было также показано, что изменение температуры капель Та и температуры подложки Т$ не значительно влияет на размер растекания капель Изменение диаметра растекания капель вызванное'вариацией этих параметров не превышает 20-30%. Скорость и размер осаждаемых капель является более существенным параметром, что демонстрируется на Рис.18, где представлены измеренные значения диаметра растекания затвердевших капель, осажденных с различной скоростью на подложки из золота и золото/полиамид.

Для объяснения наблюдаемых закономерностей была рассмотрена качественная картина последовательности изменения формы капель при их осаждении на подложки из различных материалов (Рис. 19). На рисунке выделена общая для рассматриваемых материалов стадия начального растекания капель. Для исследуемых условий осаждения затвердевания капель на этой стадии не происходит. Время затвердевания капель больше времени их начального растекания (т50| >т5рг). Диаметр растекания капли увеличивается до некоторого максимального значения В5тах. Далее следует стадия возвратного движения жидкости - откат капли. В случае интенсивного теплообмена нижние слои капли затвердевают. Диаметр растекания капли остается неизменным. При дальнейшем движении капли жидкий металл не контактирует с подложкой и финальная форма капли не зависит от условий смачивания. Если капля на стадии возвратного движения затвердевает полностью, то её финальная форма близка к кольцеобразной (Рис. 19а).

В случае не смачиваемых материалов подложки, если время затвердевания будет больше времени растекания и возвратного движения, то капля будет стремиться принять сферическую форму. При этом возможен отскок капли (Рис. 19с)._

Рис. 19. Временная последовательность растекания и затвердевания капель на подложках из различных материалов: а, Ь и (1 - смачиваемые подложки, различные условия теплобмена; с - не смачиваемая подложка.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА | С.Петербург ' ОЭ 400 акт [

В случае смачиваемых материалов подложки финальная форма капли будет зависеть от величины угла смачивания и от предыстории процесса. В общем случае капля будет стремиться принять форму сферического сегмента.

Стадии начального растекания капель и последующего возвратного движения можно интерпретировать как первый цикл колебаний капли. Если в течение этого цикла капля не затвердевает, то колебания капли будут продолжаться. Если время вязкого демпфирования меньше времени затвердевания (тч ¡5С < т501), то колебания капли завершаются раньше, чем произойдет затвердевание. Капля будет иметь форму близкую к форме сферического сегмента с гладкой поверхностью (Рис. 19(1). Иная ситуация имеет место в случае если т50| <14¡5С. Жидкость выше фронта затвердевания будет продолжать совершать колебания. По мере продвижения фронт затвердевания фиксирует колебательные движения жидкости. Это приводит к образованию характерных возмущений на поверхности капель (Рис. 19Ь). Число колебаний, совершаемых каплей, а, следовательно, число возмущений на поверхности затвердевшей капли увеличивается при увеличении времени затвердевания капли. Это приведет к тому, что поверхность затвердевшей капли сглаживается.

Из приведенных рассуждений можно заключить, что в качестве параметра, позволяющего качественно разделить возможные сценарии развития процессов при соударении капли с твердой поверхностью, может быть использовано соотношение времени затвердевания капель и периода их колебаний Р(1= т50|/т0,>с=о:)е(Тт,10| , или иными словами, числа колебаний, совершаемых каплей до момента затвердевания. При значениях параметра Рс1~1 значительная часть или весь объем капли затвердевает на стадии начального растекания (Рис. 19а). Когда параметр Р<1 »1, капля совершает большое количество затухающих колебаний (Рис. 19(1). Промежуточным значениям параметра Р<1>1 соответствуют условия, когда на поверхности капель образуются возмущения (Рис. 19Ь).

Чтобы достаточно полно охарактеризовать форму затвердевших капель наряду с числом колебаний, могут быть использованы следующие геометрические параметры: значение диаметра основания капли высота капли Н и высота первых ближайших к основанию капли возмущений Ьп, формируемых на ее поверхности.

Используя результаты экспериментов, и применяя известный подход, основанный на решении уравнения баланса энергий, для оценки диаметра растекания капель было предложено использовать простое уравнение, определяющее влияние условий осаждения

где М^ршу/Ва/ст - число Вебера, а - коэффициент поверхностного натяжения материала капли, рсц - плотность материала капли в жидком состоянии, Уа -скорость капли, а Б,]- диаметр сферической капли перед соударением. Количественное расхождение не превышает 20-30% (Рис. 18). Для оценки высоты Н, использовалась аппроксимация формы капель сферическим сегментом,

Н = Б^-^рУ^ вЫ ^агсвЬ

<т)

-Уг

что согласуется с целым рядом форм капель, наблюдаемых в эксперименте.

Чтобы оценить значение полного числа колебаний, необходимо определить время затвердевания капель т50| и характерную частоту колебаний. В качестве основного приближения был рассмотрен случай кондуктивного теплообмена капли с подложкой. Предполагалось, что имеет место равновесная кристаллизация. Диаметр основания капли Б5 принимался неизменным. Форма капли аппроксимировалась диском. Использовалось приближение эффективной теплоты кристаллизации Чей- = Ч + сс11 (Та - Т501) / 2 (где д - скрытая теплота плавления материала капли, С(Ц - удельная теплоемкость материала капли в жидком состоянии и Т(1 - температура капли). В результате решения задачи Стефана были получены приближенные выражения для времени затвердевания капли т50|

8<г РлАсп

1-, 1+

Чс«Г

N2

0>„

и объема затвердевшего слоя металла, как функции времени

^п«/Уа=(1/т5о1)05

где Уа=яЭй3/6 - объем сферической капли перед соударением, раз, са, - коэффициент теплопроводности, плотность и удельная теплоемкость материала капли в твердом состоянии, рц, Хц ,Ссц - коэффициент теплопроводности, плотность и удельная теплоемкость материала капли в жидком состоянии, ры, с® -коэффициент теплопроводности, плотность и удельная теплоемкость материала подложки, Ьэ^рз^сз)"2 и ЬсрСрл^саэ)"2 - коэффициенты аккумуляции тепла материалов подложки и капли. Пользуясь известным уравнением для частоты

колебаний капли а>0 = ——— и учитывая, что в процессе затвердевания объем жидкой части капли уменьшается, было получено выражение для полного числа колебаний, совершаемых каплей до момента затвердевания Р<1 = у<иог5(||.

Предполагая, что высота возмущений, формируемых на поверхности капли, определяется продвижением фронта затвердевания за период колебаний, было получено выражение для оценки высоты первого возмущения, формируемого у основания капли.

В О*

Н ЗЯО.

1 2 — сое 4

4

3 3

Фотографии затвердевших капель различной формы, условия их осаждения, экспериментальные и оцениваемые значения параметров, характеризующих

их форму приведены в Таблице 5. Видно, что результаты оценок согласуются с реальной формой капель.

__Таблица 5

Диаметр капли Dj, мкм 100 90 45 40

Скорость капли vd> м/с 4 2.0 5.3 3.0

Температура Та, "С 370 240 230 220 •

Число колебаний, Pd 0.2 3 160 >1000

Диаметр растекания D„ мкм 210/260 120/105 85/100 60/45

Высота капли Н, мкм 10/- 55/60 15/12 25/28

Высота первого возмущения hi/H -/- 0.5/0.6 0.1/0.1 0.05/0.01

Форма капель "m

Обозначение - эксперимент / оценка

Наблюдаемое согласие результатов оценок и экспериментальных данных позволяет использовать полученные зависимости для анализа влияния условий осаждения и свойств используемых материалов на финальную форму капель. На Рис. 20 рассмотрено влияние скорости осаждения капель, их температуры и темпера-

100г

80 60 40 20 0

Je] ml

• **......... [ jtffe ЗшЁк, рЧИр ^ЯЯт L—.....-]—»

350

40 60 80 1 00 120 140 1 60 180 Ts,°C

Рис. 20. Примеры форм затвердевших капель (подложка из золота) и зависимости полного числа колебаний, совершаемых каплей до полною затвердевания, от-

A) -величины скорости осаждения капель (Г)-90 мкм, Td=240°C , Т,=50'С).

B) - температуры капли перед соударением (Т,=83 "С, Dd=80 мкм, Vj— 1.9 м/с),

C) - температуры подложки (Т/--240 "С, Dd=90 мкм, v=2 м/с).

туры подложки на число колебаний (параметр Рс1), совершаемых каплей до ее затвердевания. Видно, что скорость является наиболее существенным параметром, определяющим форму затвердевших капель (Рис. 20А). При увеличении скорости капель диаметр растекания увеличивается, а высота капель Н уменьшается. Как результат, время затвердевания капель и число колебаний, совершаемых каплей, уменьшаются. Увеличение температуры капли (Рис. 20В), с одной стороны, приводит к увеличению потока тепла от капли к подложке. С другой стороны, увеличивается количество тепла, аккумулированное в капле. В результате наблюдается слабая зависимость числа колебаний капли от температуры капли. Влияние температуры подложки рассмотрено на Рис. 20С. Видно, что резкое увеличение числа колебаний капли наблюдается при температурах близких к температуре плавления материала капель. Увеличение температуры подложки приводит к снижению теплового потока на границе капля-подложка. Время затвердевания капель увеличивается. Как результат, увеличивается число колебаний, совершаемых каплей до момента затвердевания, и поверхность капель сглаживается.

С позиций формирования капель определенной формы полученные Уравнения устанавливают взаимозависимость условий осаждения капель и свойств материалов капли и подложки. Так, изменение коэффициента аккумуляции тепла материала подложки может быть скомпенсировано изменением температуры подложки или капли. Только скорость капель является тем параметром, который в существенной мере предопределяет форму капель.

ВЫВОДЫ

1. Развита методика напыления и получены эпитаксиальные УВагСизОб+х и ОаВагСизО^ч пленки с низким поверхностным импедансом 1^(75 ГГц, 78К)=20мОм на важных для приложений подложках из сапфира (АЬОз).

2. Получена прямая демонстрация микроструктуры эпитаксиальных пленок оксидных высокотемпературных сверхпроводников на подложках со значительным структурным несоответствием. Показано, что эпитаксиальные пленки на подложках из сапфира состоят из с-ориентированных монокристаллических областей (кристаллитов) субмикронных размеров, разделенных малоугловыми границами. Ориентация кристаллитов в плоскости аЪ совпадает с направлениями [2021] и [0221] сапфира и соответствуют псевдокубическому расположению атомов алюминия в плоскости (1012).

3. Показано, что при увеличении толщины эпитаксиальных пленок на сапфире, вследствие деформации кристаллической решетки пленок при фазовом переходе из тетрагональной фазы в орторомбическую, происходит формирование линейно-сетчатых дефектов, вызывающее снижение макроскопических транспортных и микроволновых свойств пленок. Используя представления об условиях гетеро-и гомоэпитаксиального роста пленок и анизотропии скорости роста оксидных сверхпроводников предложена методика коррекции условий напыления для формирования эпитаксиальных пленок на сапфире с низким поверхностным импедансом.

4. По результатам исследования кинетики кислородного обмена в пленках многокомпонентных металлооксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом при вариации толщины пленок, их температуры и газового окружения выделены лимитирующие стадии процесса. Показано, что, при экспозиции в вакууме, определяющими являются медленные поверхностные процессы десорбции кислорода в молекулярной и/или атомарной форме. При реокислении пленок в кислороде и при их восстановлении в атмосфере газов восстановителей, определяющим процессом является диффузия кислорода в пленке.

5. Показано, что механизм газовой чувствительности оксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом обусловлен участием лабильного кислорода металлооксидов в реакциях окисления газов восстановителей на их поверхности с последующей десорбцией продуктов реакции. Изменение содержания слабосвязанного кислорода в процессе окислительно-восстановительных реакций и связанное с ним изменение проводимости оксидных материалов определяют величину их газочувствительности.

6. По результатам исследования температурных зависимостей компонент удельного сопротивления эпитаксиальных пленок состава УВагСизОб+х с варьируемой ориентацией кристаллических осей относительно плоскости подложки показано, что при максимальном содержании кислорода в пленках температурные зависимости внутриплоскостной раь и межплоскостной рс компонент удельного сопротивления имеют "металлический" характер - сопротивление уменьшается при снижении температуры. Средние значения фактора анизотропии рс/раь в интервале температур 100-300К равны 15-30.

7. Обнаружено состояние сверхпроводящих УВагСизОб+х пленок, в котором температура начала перехода в сверхпроводящее состояние внутриплоскостной раь компоненты сопротивления ниже, чем для межплоскостной рс компоненты сопротивления. Отмечено, что максимальные температуры сверхпроводящего перехода наблюдаются для УВагСизОб+х пленок с содержанием кислорода ниже максимального (х<1).

8. Показано, что режим тепловой неустойчивости сверхпроводящих пленок возникает в резистивном состоянии сверхпроводника при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения. Получен критерий возникновения режима тепловой неустойчивости, определяющий взаимосвязь условий теплообмена, свойств пленок, амплитуды и длительности импульсов тока. Показано, что данный критерий характеризует нарушение баланса между количеством выделяемого тепла и теплоотводом.

9. Продемонстрирована возможность использования режима тепловой неустойчивости высокотемпературных сверхпроводников в оптических переключающих устройствах. При одновременном действии тока и оптического излучения получена зависимость напряжения фотоотклика микромостиковых структур от мощности излучения. На микромостиках с размерами 75 х 500 мкм2 достигнута чувствительность при переключении из резистивного состояния в нормальное состояние сверхпроводника ~104 В/Вт при быстродействии 10"5 -10 с.

10. Продемонстрирована возможность формирования контактных структур микрокапля-металл-сверхпроводник с низким контактным сопротивлением. Получе-

ны экспериментальные данные о влиянии условий осаждения жидких микрокапель припоя и свойств используемых материалов на финальную форму затвердевших капель. Показано, что диаметр растекания капель в основном определятся размером капель и их скоростью. При использовании материалов пленочных структур с высоким значением коэффициента аккумуляции тепла диаметр растекания капель и их финальная форма не зависят от условий смачивания. ' 11. Предложена качественная модель растекания и затвердевания капель. Сделан вывод о том, что в условиях осаждения, соответствующих средним значениям числа Вебера We=l-100, в качестве основного параметра, позволяющего качественно разделить возможные сценарии развития процессов при соударении капли металла с поверхностью различных материалов, включая пленочные структуры, может быть использовано отношение времени затвердевания капель и периода их колебаний. Развит приближенный аналитический метод, дающий возможность предсказывать финальную форму капель при их осаждении на подложки из различных материалов и оценить основные геометрические параметры, характеризующие форму затвердевших капель.

Основные публикации по теме диссертации

1. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Предтеченский М.Р., Рыков А.И., Турбин A.B., Текстурированные сверхпроводящие Y-Ba-Cu-O пленки на подложках из сапфира. Письма в ЖТФ, 1988, т.14, вып.22, с.2068-2070.

2. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Предтеченский М.Р. Получение и свойства сверхпроводящих Y-Ba-Cu-0 пленок на подложках из сапфира. Новосибирск, 1989, 12 с. (Препринт, АН СССР, Сиб. отделение, Институт теплофизики^ 190, 1988 г.).

3. Варламов Ю.Д., Васильев С.А., Врацких В.Ф., Предтеченский М.Р. Применение высокотемпературных сверхпроводящих пленок для исследования изотопического эффекта в системе Y-Ba-Cu-O. Новосибирск, 1989, 6с. (Препринт, АН СССР, Сиб. Отд., Институт теплофизики, N 197, 1989).

4. Варламов Ю.Д., Васильев С.А., Смаль А.Н., Предтеченский М.Р. Наблюдение изотопического эффекта в YBaCuO пленках. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1989, т.2, N 10, с.100-102.

5. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Предтеченский М.Р., Турбин A.B. Сверхпроводящие пленки состава Y-Ba-Cu-O на подложках из сапфира. В кн.: Физико-химия и технология высокотемпературных сверхпроводящих материалов. Москва, Наука, 1989, с.342-343.

6. Predtechensky M.R., Shukhov Yu.G., Smal' A.N., Turbin A.V., Varlamov Yu.D., Vratskikh V.F., Zolkin A.S. Contacts of very Low resistivity to Y-Ba-Cu-O thin films. Proc. Intern.conf. on high temp.supercond., Beijing, September 1989. Singapore, 1990, pp.107-108.

7. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Smirnov S.N., Varlamov Yu.D. et al. Correlation between critical parameters with orientation of superconducting Y -Ba-Cu-0 films. Proc. Intern.conf. on high temp, supercond., Beijing, September 1989. Singapore, 1990, pp.145-147.

8. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D. et al. Oxygen isotope effects in Y -Ba-Cu-0 thin films obtained by laser deposition. Proc. Intern.conf. on high temp.supercond., Beijing, September 1989. Singapore, 1990, pp.385-387.

9. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Предтеченский M.P., Корсунский В.М., Смаль А.Н., Смирнов С.Н. Эпитаксия Y-Ba-Cu-О пленок на сапфире. Сверхпрово-димостыфизика, химия, техника, 1990, т.З, N10, с. 2328-2331.

10. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D., Vasil'ev S.A., Inyushkin A.N. Oxygen isotope effects in Y-Ba-Cu-0 films obtained by laser deposition. Progress in High Temperature Superconductivity, 1990, v.22.

П.Варламов Ю.Д., Смаль A.H., Смирнов C.H., Турбин А.В., Предтеченский М.Р. Связь сверхпроводящих свойств и структурных особенностей гранулированных Y-Ba-Cu-О пленок. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1990, т.З, с.4б 1-468.

12. Варламов Ю.Д., Предтеченский М.Р., Смаль А.Н.. Ориентирующее влияние подложек из сапфира и SrTi03 при эпитаксиальном росте пленок Y-Ba-Cu-O. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1990, т.З, N 11, с.2560-2566.

П.Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Золкин А.С., Предтеченский М.Р., Смаль А.Н., Шухов Ю.Г., Турбин А.В. Низкоомные металлические контакты к YBaCuO пленке. Письма в ЖТФ, 1990, т. 16, вып.6, с. 76-79.

14. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Smimov S.N., Turbin A.V., Varlamov Yu.D. Correlation between critical parameters with orientation of superconducting Y-Ba-Cu-0 films. Progress High Temperature Superconductivity, 1990, v.22.

15. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D. Epitaxial films YBa Си О 0' (78K)>10 A/cm ) on saphhire and SrTiOj: peculiarities and differences in conditions of film growth and properties. Superconductivity Applications for Infrared and Microwave Devices II, Vernon O. Heinen, Kul B.Bhasin, Editors, Proc. SPIE 1477, 234-241 (1991).

16. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D., Volkov A.N., Turbin A.V. Crossover effect in I-V characteristics and optical responce of YBaCuO films. In Proc. of Third Int. Superconductive electronic conference (ISEC'91), Glasgow, Scotland, 1991, p.99.

17. Predtechensky M.R., Shukhov Yu.G., Smal' A.N., Turbin A.V., Varlamov Yu.D., Vratskikh V.F., Zolkin A.S. Low-resistance contact to Y-Ba-Cu-0 thin films produced by ion-cluster beam method. High-Temperature superconductors: Material Aspects. Ed. H.C. Freyhardt, R.Flukiger, M. Peuckert, Informationsgesellschaft, Verlag, 1991, V. 1, p. 127-130.

18. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Smirnov S.N., Turbin A.V., Varlamov Yu.D., Vratskikh V.F. Growth preculiarities and superconducting properties of granular YBaCuO films. HTSC films. High-Temperature superconductors: Material Aspects. Ed. H.C. Freyhardt, R.Flukiger, M. Peuckert, Informationsgesellschaft, Verlag, 1991, V. 1, p.463-468.

19. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D., Vasil'ev S.A. HTSC films as an object for study of isotope effect in YBaCuO. High-Temperature supercon-

ductors: Material Aspects. Ed. H.C. Freyhardt, R.Flukiger, M. Peuckert, Informationsgesellschaft, Verlag, 1991, V. 1, pp. 469-472.

20. Bausk N.V., Masalov L.N., Rykov A.I., Vratskich V.F, Predtechensky V.R. and Varlamov Yu.D. Polyarization dependense of EXAFS and XANES spectra of superconducting thin films YBCO. Bulletin ofMaterial Science, 1991,14, 865-869.

21. Предтеченский M.P., Смаль A.H!, Варламов Ю.Д., Майоров А.П. Роль условий разлета плазмы в методе лазерного напыления оксидных высокотемпературных сверхпроводящих пленок. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т.5, N 6, с. 1120-1124.

22. Варламов Ю.Д., Волков А.Н., Предтеченский М.Р., Смаль А.Н., Турбин А.В. Использование режима тепловой неустойчивости YBaCuO пленок для регистрации оптического излучения. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т.5, N 9, 1736-1745.

23. Варламов Ю.Д., Предтеченский М.Р., Смаль А.Н., Турбин А.В., Ватник С.М. Анизотропные свойства YBaCuO пленок. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т.5, N 3, с. 498-504.

24. Предтеченский М.Р., Смаль А.Н., Варламов Ю.Д., Давыдов В.Ю. Рост и свойства YBaCuO пленок на подложках из сапфира. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т. 5, N 11, с. 2126-2135.

25. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D., Vasil'ev S.A., Kolesov B.A., Korsunsky V.I. Peculiarities of in situ growth of epitaxial superconducting YBCO films on БгТЮз and AI2O3 substrates at laser deposition. IEEE Trans, on Applied Superconductivity, 1993, v 1, N 10-12.

26. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D., Vatnik S.M., Tukhto O.M., Vasil'eva I.G. Structural, transport and microwave properties of 123/sapphire films: thickness effect. Proceeding of The Fourth International Conference and Exibition: World Congress on Superconductivity, Orlando, USA, June 27-July 1, 1994, NASA Conference Publication 3290,1994, vol.2, p.440-446.

27. Varlamov Yu.D., Bobrenok O.F., Predtechensky M.R. Study of oxygen exchange process in La-Sr-Cu-O films at oxidation-reduction surface reactions. Sensors and Actuators B31, 1996, p. 119-122.

28. Predtechensky M.R., Varlamov Yu.D., Tykhto O.M. Microstructure and properties of laser-deposited epitaxial 123 films on sapphire: effect of film-substrate mismatch. OE/LASE'96 Conference, 27 Junuary-2 February 1996, San Jose, USA, SPIE Proceeding, Vol. 2697, 1996, 28.

29. Predtechensky M.R., Tukhto O.M., Varlamov Yu.D. Growth distinctions of GdBa2Cu307.x films on (1012) sapphire. Applied Surface Science, 126 (1-2) 1998, pp. 136-140.

30. Predtechensky M.R., Varlamov Yu. D., Ul'iankin S.N., Cherepanov A. N., Popov V.N. Spreading and solidification of liquid metal droplets on a substrate: experiment, analytical model and numerical simulation, Proceedings of 32nd International Symposium on Microelectronics, October 26-28, 1999, Chicago Hilton&Towers, Chicago, Illinois, IMAPS-International Microelectronics and Packaging Society, 1999, pp. 166-171.

31. Predtechensky M.R., Varlamov Yu.D., Ul'yankin S.N. Liquid metal droplet deposition and solidification at moderate Weber numbers. Proceedings of 14th International Symposium on Plasma Chemistry, August 2-6, 1999, Prague, Czech repblic, Edited by M.Hrabovsky, M.Konrad, and V.Kopecky, Institute of Plasma Physics, Academy of Sciences of Czech Republic, 1999, vol.4, pp.2109-2114.

32. Predtechensky M.R., Varlamov Yu. D., Ul'iankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N. Spreading and Solidification of Liquid Metal Droplets on a Substrate: Experiment, Analytical Model, and Numerical Simulation. Int. Journal of Microcircuits and Electronic Packaging, 2000, Vol. 23. N 4, pp. 386-392.

33. Predtechensky M.R., Varlamov Yu. D., Ul'iankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N. Drop-on-demand solder jet device and optimizing conditions of the bump shape formation, Proceeding of European Microelectronics Packaging and Interconnection Symposium, IMAPS Europe Prague 2000, Holiday Inn Hotel, Prague, Czech Republic, 18-20 June, 2000, pp. 453-458.

34. Предтеченский M.P., Черепанов A.H., Попов B.H., Варламов Ю.Д. Исследование динамики соударения и кристаллизации жидкометаллической капли с многослойной подложкой. Журнал ПМТФ, 2002, Т.43, № 1, с.112-123.

35. Predtechensky M.R., Varlamov Yu.D., Ul'yankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N. Spreading and solidification of molten metal microdrops deposited on a substrate at moderate Weber numbers, J. Eng. Thermophys., 2002, Vol. 11, No. I,P. 83-103.

36. Врацких В.Ф., Варламов Ю.Д., Предтеченский M.P. Способ получения пленок металлооксидных высокотемпературных сверхпроводников на подложках из сапфира. Авг. свид. N 1595010, заявка N 4497030, приоритет от 2 септ. 1988 г., зарегистрировано 22 мая 1990 г.

Подписано к печати 15.09.2003 г. Заказ № 128 Формат 60/84/16. Объем 2 уч.-изд. л. Тираж 120 экз.

Отпечатано в Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 630090, Новосибирск-90, проспект Академика Лаврентьева, 1

115622

Введение

Глава 1. Формирование пленок оксйдных сверхпроводн^с^^^^'^,'^ с низким поверхностным сопротивлением: условия роста, • < структура и свойства

1.1. Метод лазерного напыления f~) fc, ^^

1.1.1. Введение А

1.1.2. Основные принципы метода лазерного напыления

1.1.3. Последовательность формирования пленок

1.1.4. Формулировка целей работы

1.2. Экспериментальное оборудование, образцы и методики

1.2.1. Установка по лазерному напылению пленок

1.2.2. Исследуемые материалы

1.2.3. Методы исследования свойств пленок

1.3.Условия синтеза и свойства пленок оксидных сверхпроводников: результаты экспериментов

1.3.1. Характеризация эпитаксиальных пленок

1.3.2. Влияние условий напыления на орнентационные и сверхпроводящие свойства пленок

1.3.3. Микроструктура эпитаксиальных пленок на сапфире

1.3.4. Изменение свойств при вариации толщины пленок

1.4. Рост, структура и свойства эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников на сапфире

1.5. Получение пленок оксидных сверхпроводников с низким поверхностным сопротивлением

1.6. Выводы

Глава 2. Кислородный обмен в пленках металлоокевдных сверхпроводников и механизм их газочувствительиоети

2.1. Введение

2.2. Методики исследований

2.3. Кинетика кислородного обмена в пленках

2.3.1. Результаты экспериментов

2.3.2. Кинетика окислительно-восстановительных процессов.

Обсуждение

2.4. Выводы

Глава 3. Свойства пленок оксидных сверхпроводников

3.1. Анизотропные свойства эпитаксиальных ¥Ва2Сиз0^х пленок

3.1.1. Введение. Анизотропия проводимости ВТСП материалов

3.1.2. Методики исследования

3.1.3. Температурные зависимости компонент сопротивления. Экспериментальные результаты и обсуждения

3.1.4. Особенности измерения проводимости пленок анизотропных материалов методом Монтгомери

3.1.5. Выводы

3.2. Режим тепловой неустойчивости пленок оксидных сверхпроводников в резистивном состоянии

3.2.1. Введение

3.2.2. Методики исследования

3.2.3. Неустойчивость резистивного состояния пленок оксидных сверхпроводников: результаты экспериментов

3.2.4. Инициирование режима тепловой неустойчивости пленок оксидных сверхпроводников воздействием оптического излучения

3.2.5. Условия возникновения тепловой неустойчивости

3.2.6. Оценка характерных времен

3.2.7. Выводы

Глава 4. Формирование микрокапельных контактных элементов

4.1. Микрокапельные контактные структуры

4.2. Соударение микрокапель с твердой поверхностью. Введение

4.3. Исследование процессов при осаждении расплавленных микрокапель припоя. Экспериментальное оборудование и процедуры

4.3.1. Измерение скорости капель

4.3.2. Расчет температуры капель перед соударением с подложкой

4.4. Влияние условий осаждения на форму затвердевших капель. Результаты экспериментов

4.5. Качественная модель растекания и затвердевания капель

4.6. Затвердевание капель. Характеризация формы затвердевших капель

4.6.1. Ключевые параметры, характеризующие форму капель

4.6.2. Характерное время затвердевания капель

4.6.3. Частота и полное число колебаний затвердевающей капли

4.6.4. Размер возмущений на поверхности капель

4.6.5. Затвердевание капель на адиабатической подложке

4.6.6. Общее время затвердевания капли и оценка числа колебаний

4.7. Влияние условий осаждения на финальную форму капель

Данная работа посвящена решению комплекса задач, продиктованных перспективами практического использования эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников.

Уже исполнилось 90 лет со времени открытия явления сверхпроводимости и 40 лет с тех пор, когда на базе сверхпроводящих материалов и криогенной техники гелиевого уровня температур зародились низкотемпературные сверхпроводниковые технологии [1-5]. Положение радикально изменилось в 1986 г., когда были открыты высокотемпературные сверхпроводники (далее ВТСП) с критическими температурами перехода в сверхпроводящее состояние, достигшими величин, превышающих температуру кипения жидкого азота при нормальном давлении (77.3 К)[6,7]. Появилась возможность вместо дорогого хладагента -жидкого гелия использовать жидкий азот. Однако, чтобы реализовать эту возможность, необходимо было развитие технологии получения ВТСП материалов с требуемыми эксплуатационными качествами и приемлемой стоимостью. Между тем, создание токонесущих элементов из ВТСП материалов оказалось неизмеримо более сложной задачей, чем сверхпроводящих материалов гелиевого уровня температур [8,9].

Хронология событий передаёт высокий динамизм исследований этого периода [10]: январь 1987г. - несколько лабораторий США, Японии и Китая подтверждают открытие швейцарских исследователей [6], февраль 1987 г. -исследователи Техасского университета [7] синтезируют сверхпроводящую керамику из оксидов бария, иттрия и меди YBa2Cu306+x с критической температурой 93 К, то есть выше точки кипения жидкого азота. В 1987 г. были созданы первые образцы сверхпроводящих оксидных плёнок, покрытий и проволок. В январе 1988 г. синтезирована серия соединений состава Bi2Sr2Can. iCun02n+4, среди которых фаза с тг=2 имеет Тс=110К. В этом же году синтезирован сверхпроводник Т12Ва2Са2Сиз01о с Тс = 125К. Позднее были синтезированы ртуть-содержащие сверхпроводники состава HgBa2 Ca„.i Cun02n+2+5 (n= 1 -6). Рекордсменом в настоящее время является HgBa2 СагСизОз+З(Hg - 1223), имеющий критическую температуру 135К [11-12].

В середине 1987 г. была разработана государственная программа по ВТСП, в которой важное место отводилось решению химических и технологических проблем - создания ВТСП материалов с заданными свойствами, с целью использования их в сверхпроводящих устройствах. И это не случайно, если учесть, что большинство ВТСП - исключительно сложные по составу оксидные соединения переменного состава, крайне чувствительные к условиям синтеза, термообработке и последующей эксплуатации [13-16].

Программа включала развитие не только области силовых или сильноточных приложений [1,3,9], но и не менее важную область практического использования, условно называемую слаботочной прикладной сверхпроводимостью (сверхпроводниковой электроникой) [1,3, 17]. Открытие ВТСП материалов стало мощным стимулом разработки элементов сверхпроводниковой электроники и их практического использования в телекоммуникационной (микроволновой), приборной, компьютерной и медицинской технике [18-23]. Одним из наиболее активно развиваемых прикладных направлений стала область микроволновой (СВЧ) техники. Подтверждением этому может служить тот факт, что еще в 1994 г. АТТ Bell и Illinois Superconductor Corp. разработали ВТСП-фильтры для систем сотовой телефонной связи [24, 26-29].

Базовым элементом большинства устройств сверхпроводниковой электроники являются высококачественные тонкие пленки и пленочные структуры, сформированные на подложках, характеризуемых определенным набором свойств [20-37]. Для физики высококачественные пленки оксидных сверхпроводников с совершенной кристаллической структурой и высокими транспортными свойствами являются привлекательным объектом, так как существенно облегчают интерпретацию экспериментальных результатов и позволяют сделать фундаментальные выводы, важные для разработки теории сверхпроводимости [22, 32, 38-41]. Интерес к сверхпроводниковым оксидным плёнкам побудил исследователей развивать уже известные и искать новые методы их получения [3946]. Не случайно, что публикации по ВТСП-пленкам и их исследованию появились практически без всякой задержки вслед за публикациями об открытии ВТСП [4244, 47-52].

Уже к моменту открытия высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) была развита тонкопленочная технология полупроводниковой микроэлектроники, базирующаяся, в основном, на ионно-плазменном распылении, термическом напылении с использованием электронных пучков, молекулярно-лучевой эпитаксии. В тоже время были хорошо развиты и многие другие методы нанесения покрытий - лазерное распыление, химическое осаждение из жидкостей и газов, плазменное распыление и др. Естественно, что была сделана попытка применить практически все методы осаждения пленок в новом научном направлении (см. обзоры [30, 38-40, 43, 45-47, 59, 60]). Однако, сложный состав сверхпроводящих металлооксидов и необходимое структурное совершенство пленок предъявляли высокие требования к методам напыления [25, 35, 36, 53].

Большинство известных в настоящее время высокотемпературных сверхпроводников являются многокомпонентными анизотропными оксидами, свойства которых и, в первую очередь сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводящего перехода, плотность критического тока, поверхностное сопротивление), зависят от стехиометрического состава соединений, совершенства их кристаллической структуры, состояния кислородной подрешетки [15, 16, 25, 35, 36, 38, 53-58]. Существенным фактором, определяющим выбор технологии, является также наличие или отсутствие стадии высокотемпературного отжига. Возможность приготовления пленок в одностадийном процессе (in situ) и при сравнительно низкой температуре существенно снижает загрязнение примесями за счет диффузии из подложки и обеспечивает получение высококачественных монокристаллических пленок с гладкой поверхностью[45-49, 59, 60]. Такое качество чрезвычайно важно для разработки и создания электронных и СВЧ устройств на базе ВТСП-материалов [25, 30, 31, 35, 53].

Постепенно сформировались группы методов, удобных для решения тех или иных задач [30, 39, 40, 45-48, 59, 60]. Среди наиболее употребительных методов нанесения ВТСП пленок можно выделить высокочастотное магнетронное распыления [61-68], лазерное напыление [69-78] и метод разложения газообразных металлоорганических соединений (MOCVD) на горячих подложках [79-86]. Уместно отметить, что развиваемые методы осаждения и формирования эпитаксиальных пленок высокотемпературных сверхпроводников не носят некоторый частный характер. Развитие фундаментальных основ методов напыления многокомпонентных материалов, позволяет активно их использовать при синтезе пленок сегнетоэлектриков, оптических покрытий и др. [87-96].

Для получения эпитаксиальных плёнок высокого качества и практического их использования исключительно важен выбор материала подложки. Идеальными для формирования эпитаксиальных пленок ВТСП и решения практических задач являются подложки - химически инертные, близкие по параметрам кристаллической решетки и коэффициенту теплового расширения к осаждаемому материалу, имеющие низкую диэлектрическую проницаемость и малые потери на высоких частотах, доступные в виде монокристаллов больших размеров [97-102]. Всем требованиям одновременно не удовлетворяет ни один из известных материалов. Первые пленки были получены на подложках SrTi03, MgO, AI2O3, ZrCbCY) [45, 46, 97-101, 103, 105-123]. Наилучшими характеристиками обладали пленки на подложках из SrTiCb [122, 125, 130, 143-145]. Выбор этого материла обусловлен его структурным соответствием материалу пленок и химической инертностью. Однако, этот материал по своим диэлектрическим характеристикам, не удовлетворял требованиям сверхпроводниковой электроники. По этой причине появилось большое число работ, в которых исследуется возможность применения в качестве подложек иных материалов. Анализ материалов подложек и данные по их взаимодействию с металлооксидными сверхпроводниками приведены подробно в работах [97-102]. Суммируя тенденции исследований можно выделить три основных направления преодоления трудностей, связанных с выбором материала подложек. Это

- формирование буферных слоев, препятствующих процессам взаимодиффузии в условиях высокотемпературного синтеза и смягчающих несоответствие структурных характеристик материалов [103, 105-110];

- поиск новых соединений и развитие технологий роста монокристаллов больших размеров [111-116];

- развитие методов и оптимизация условий формирования эпитаксиальных пленок на подложках со значительным структурным несоответствием при ^ относительно низких температурах [117-128].

Реализация каждого из развиваемых направлений и методов напыления ВТСП пленок требовало развития теории формирования эпитаксиальных пленок, изучения влияния условий осаждения на структуру и состав формируемых пленок, то есть постановки фундаментальных исследований, обеспечивающих возможность воспроизводимого синтеза пленок требуемого качества [39, 46,47, 59, 60, 66, 67, 75, 76, 79-82, 122, 124, 129]. Однако с особой остротой, эти задачи стояли при реализации направления, связанного с формированием эпитаксиальных пленок на подложках важных для практического использования, но характеризуемых значительным структурным несоответствием по отношению к материалу пленок и не обладающих химической инертностью при высоких температурах [43-46, 74, 94, 97, 98,100, 105, 107, 117, 124, 128, 129]. Пути решения этой задачи, по-видимому, лежат в реализации условий синтеза пленок при пониженных температурах и больших скоростях роста, то есть при неравновесных условиях [126, 127].

Лазерное напыление относится к числу наиболее гибких методов приготовления ВТСП пленок [45-47, 59, 60, 75, 76, 129-132]. Именно этим методом fj были получены ВТСП пленки наиболее высокого качества [43,44,49, 69-73,129]. Метод позволяет распылять практически любые по составу мишени, проводить осаждение в атмосфере буферного газа (кислорода), реализовать высокие скорости напыления [75, 76, 78, 129, 130, 135]. Однако, сложный химический состав ВТСП пленок и высокие требования к их качеству, а также наличие большого числа Ф-> параметров, определяющих формирование пленок, порождает ряд проблем при оптимизации процесса их получения. Как и при реализации других методов напыления, для решения этих проблем необходимо детальное исследование процессов, определяющих качество пленок [45-47, 59, 60,75, 76, 129, 130, 135-140]. Актуальным представляется комплексный подход к проблеме, заключающийся в исследовании не только условий формирования пленок, но и изучении влияния Ф этих условий на структуру формируемых пленок, которая, в свою очередь, определяет их свойства [129, 130, 135-144].

Как уже отмечалось, одним из требований практического применения оксидных сверхпроводников в быстродействующей микроэлектронике и СВЧ технике является получение ВТСП пленок с низкими значениями поверхностного сопротивления на высоких частотах (микроволнового поверхностного импеданса) на подложках из материалов, характеризуемых, низким тангенсом диэлектрических потерь [102]. Таким материалом является сапфир [20, 21, 30, 62, 97, 103]. Результаты тестирования микроволнового поверхностного сопротивления пленочных структур, изготовленных на различных подложках, подтвердили тезис о предпочтительности использования сапфира в быстродействующих устройствах [104]. Однако, значительное структурное несоответствие оксидных сверхпроводников и сапфира затрудняет получение эпитаксиальных пленок высокого качества [44, 46, 74, 84, 110, 122, 123. 128]. Существенным препятствием является также химическая активность сапфира [98, 106, 145].

В силу указанных причин в литературе сложилось отрицательное отношение к перспективам использования сапфира как материала подложек. Однако, в серии работ [123, 135, 143, 167, 224, 236-238, 243-245], посвященных особенностям формирования эпитаксиальных пленок высокотемпературных сверхпроводников состава УВагСизОб+х на подложках из сапфира без буферного подслоя, была продемонстрирована возможность получения тонких пленок с высокой плотностью

А 7 0 критического тока jc(T=78K)= 10-10 А/см . Были проанализированы условия синтеза пленок и отмечена взаимозависимость основных параметров лазерного напыления. Было показано, что эпитаксиальный рост пленок реализуется при ориентации сапфира (1012), но несоответствие параметров кристаллических решеток материалов вызывает изменение структурных характеристик пленок.

Однако, задача получения пленок с низким поверхностным импедансом, как основного требования для практического применения пленок в СВЧ устройствах и быстродействующей микроэлектронике, накладывает дополнительные требования к качеству пленок и их свойствам. Речь идет не только о достижении высоких транспортных свойств и ориентационных характеристик пленок, но и об однородности этих свойств по толщине пленок, на что также указывалось в работах [25, 53]. Для решения этой проблемы необходимо совершенствование методики формирования пленок, основанное на изучение влияния условий роста пленок на их микроструктуру, сверхпроводящие и микроволновые свойства.

Процесс формирования пленок в методе лазерного напыления происходит при пониженном давлении кислорода (буферного газа) и требует включения дополнительного этапа — процедуры постепенного снижения температуры пленки после синтеза для насыщения ее кислородом [43-47, 59, 60, 69-73, 75, 76, 129, 130, 135]. Известно, что свойства оксидных высокотемпературных сверхпроводников зависят от стехиометрического состава соединений и, в частности, от концентрации и структурного положения атомов кислорода [54-58, 146]. Поэтому, одной из задач исследований является изучение кинетики кислородного обмена в пленках высокотемпературных сверхпроводников [146-150], что позволяет определить оптимальные технологические условия процесса насыщения пленок кислородом до содержания, обеспечивающего максимальные сверхпроводящие свойства. Оптимизация этого процесса особенно актуальна при формировании пленок на химически активных подложках.

Вопрос о кислородном обмене в пленках встает и при изготовлении устройств сверхпроводниковой электроники. Такие технологические процедуры как осаждение металлических контактных и защитных покрытий, механическое соединение проводников и др. выполняются при пониженных давлениях окружающего газа и включают нагрев пленок (см. например [34, 151-153]). В этих условиях возможен выход кислорода из пленок и деградация их сверхпроводящих свойств.

Необходимость исследования кислородного обмена в ВТСП материалах имеет и другой аспект. В ряде работ было отмечено, что эти материалы проявляют высокую каталитическую активность и газочувствительность (изменение их проводимости) к таким газам восстановителям, как монооксид углерода, метан, водород, спирты и др. [154, 155]. С другой стороны было известно, что проводимость металлооксидных сверхпроводников связана с концентрацией и размещением атомов кислорода в решетке [9-16, 54]. Поэтому, при постановке исследований предполагалось, что механизм высокой чувствительности этих материалов к газам-восстановителям обусловлен участием слабосвязанного кислорода металлооксидных материалов в окислительно-восстановительных реакциях на их поверхности.

Эти свойства многокомпонентных оксидных материалов, а именно их каталитическая активность к газам восстановителям и кислороду и сочетание высокой общей проводимости с ионной проводимостью, обусловленной диффузией слабосвязанного кислорода, нашли широкое применение при создании новых тонкопленочных высоко-температурных ионных приборов, таких как твердо оксидные топливные элементы и газоразделительные мембраны [156-159]. Поэтому, результаты исследований по формированию пленок и пленочных структур многокомпонентных металлооксидных материалов и особенностей кислородного обмена в этих материалах при вариации газового окружения [150] могут быть весьма полезными при создании новых газочувствительных датчиков и специальных тонкопленочных покрытий топливных элементов, сочетающих в себе свойства катализаторов и проводящих элементов.

Высокого качества эпитаксиальные пленки, с хорошо контролируемыми параметрами являются не только необходимым элементом для создания устройств сверхпроводниковой электроники, но и важным объектом для исследования свойств оксидных сверхпроводников, информация о которых необходима не только для характеризации материалов как базовых элементов устройств, но и для понимания природы высокотемпера!урной сверхпроводимости [9-10, 14-15, 41]. Так, оксидные высокотемпературные сверхпроводники являются материалами с ярко выраженными анизотропными свойствами и, в частности, проводимостью [16, 51, 52, 86]. В литературе представлены достаточно противоречивые данные о величине и характере проводимости ВТСП материалов и температуре сверхпроводящего перехода в различных кристаллографических направлениях [161-166]. Поэтому, развитие методики измерения проводимости микромостиковых структур эпитаксиальных пленок с различной ориентацией кристаллографических осей относительно плоскости подложки и исследование температурных зависимостей компонент проводимости [167, 168] являются актуальной задачей.

По-видимому, всегда, при изучении нового объекта, каким являются высокотемпературные сверхпроводники, исследователи сталкиваются с новыми явлениями и эффектами, требующими понимания их природы и оценки возможности их практического использования. Речь, в частности, идет об обнаруженном эффекте тепловой неустойчивости высокотемпературных сверхпроводников, когда при пропускании тока выше критического значения наблюдается резкий, почти скачкообразный переход сверхпроводника из резистивного состояния в нормальное состояние [169-172]. Было показано, что этот эффект может быть также инициирован воздействием на сверхпроводник оптического излучения [173, 174]. Подробное исследование этого эффекта на тонкопленочных структурах, включая изучение влияния свойств материалов и воздействия излучения на величину эффекта [173], позволит охарактеризовать механизм тепловой неустойчивости и оценить перспективы его использования в оптических переключающих устройствах [30, 31], а также позволит $ ^ прогнозировать его появление при функционировании сверхпроводниковых устройств.

При реализации большинства практических устройств сверхпроводниковой' электроники с использованием тонких пленок встает вопрос о токоподводящих элементах [17, 21, 30, 151, 153, 175]. Именно их сопротивление, а, следовательно,Ш величина тепловыделения могут ограничить диапазон применения -сверхпроводниковых устройств. В отличие от низкотемпературных сверхпроводников, которыми являются металлы или сплавы, высокотемпературные сверхпроводники являются металлооксидными материалами. Поэтому вопрос об осуществлении контакта между ВТСП материалом и токоподводящими проводниками является весьма актуальным [151].

Задача создания низкоомных электрических контактных покрытий на ВТСП материалах (металлизация) в основном решается путем напыления одно- или двухслойных пленок металлов (серебра, золота, платины) [151, 176-180]. В настоящее время уверенно достигнут уровень значений удельного сопротивления контакта металл-сверхпроводник dO"8 Ом см2, достаточный для практического применения. Однако имеет место вопрос о механическом соединении проводников токоподводов) с контактными (металлизированными) элементами устройств сверхпроводниковой электроники. Важным требованием к технологии создания соединений, наряду с технологичностью их изготовления, миниатюризацией, высокой адгезией соединяемых материалов и низким контактным сопротивлением, является минимизация температуры и времени разогрева мест соединений [152]. ВТСП материалы весьма чувствительны к нагреву. При увеличении температуры возможен частичный выход кислорода и взаимодиффузия материалов ВТСП пленки и контакта. Оба этих процесса могут вызвать деградацию сверхпроводящих свойств пленки и увеличение контактного сопротивления [11-15, 55, 57, 60, 152].

На первых этапах исследований оксидных сверхпроводников, при проведении измерений их свойств и изготовлении единичных прототипов устройств для формирования мест соединений использовались сварка и пайка, прижимные контакты, пластичные металлы (индий), проводящие пасты и клеи [34, 151, 153, 181]. По сумме требований, предъявляемых к технологии изготовления контактных структур, каждый из перечисленных вариантов обладал рядом недостатков. Либо отсутствием технологичности при промышленном изготовлении устройств. Либо большими размерами контактных поверхностей, относительно низкой адгезией и высоким сопротивлением формируемых контактов. Либо необходимостью относительно высокого разогрева мест соединений. С особой актуальностью вопрос о формировании контактов стоял при разработке и создании многоэлементных устройств сверхпроводниковой электроники и интегрировании сверхпроводящих элементов с полупроводниковыми [3, 17, 21, 25, 35, 104]. Возникала задача поиска новых технологий.

Сходные проблемы решаются и в "традиционной" полупроводниковой микроэлектронике. Так для увеличения плотности упаковки компонент разрабатывались многоярусные конструкции, требующие формирования многоточечных взаимных соединений с высокой степенью их надежности, то есть высокой адгезией контактирующих материалов и низким сопротивлением [182184]. Вопрос о снижении разогрева областей контактов в процессе их изготовления для предотвращения деградации свойств полупроводниковых элементов также имел место [185-187].

Одним из перспективных и активно разрабатываемых вариантов осуществления соединения элементов микроэлектроники является так называемая "solder drop printing " технология (технология микрокапельного осаждения) [182, 188-190]. В этой технологии, по аналогии со струйной печатью, осуществляется прецизионное осаждение капель расплавленного припоя пиколитрового объема на контактные поверхности микроэлектронных компонент. Затвердевшие капли, позиционируемые с высокой точностью в местах контактов, являются основой для формирования многоточечных соединений. При осаждении жидких микрокапель припоя на поверхность металлических контактов за счет высокой адгезии осуществляется надежный механический контакт с низким омическим сопротивлением, что обеспечивает малые тепловые потери. Малый объем капель и применение низкотемпературных припоев позволяет существенно снизить локальный разогрев контактных областей.

Таким образом, развиваемая технология нанесения микрокапель припоя на контактные поверхности соответствует тем требованиям, которые необходимо выполнить при формировании соединений элементов сверхпроводниковой электроники, и, следовательно, может рассматриваться как возможный вариант решения этой проблемы. В пользу данного вывода свидетельствуют первые результаты по применению подобной технологии при создании интегральных устройств на основе оксидных сверхпроводников [191, 192].

Для оценки перспективности использования этой технологии, необходимо на поверхности сверхпроводниковой пленки сформировать металлическое покрытие (металлический контакт) с низким контактным сопротивлением и, далее, на поверхность металла осуществить осаждение микрокапель припоя. Иными словами необходимо создать контактную структуру микрокапля-металл-сверхпроводник и оценить их характеристики. Данные по уровню контактного сопротивления капля-металл и температуре локального разогрева пленки сверхпроводника в процессе охлаждения капли позволят сделать необходимые заключения.

Учитывая вышесказанное, задачу создания соединений в сверхпроводниковых устройствах с использованием микрокапельных контактных элементов можно отнести к общему кругу проблем, связанных с развитием технологии осаждения микрокапель и её применением в микроэлектронике. В этой, уже более общей постановке, имеет место принципиальное требование, предъявляемое к развиваемой технологии. Это - обеспечение условий формирования капель определенной и воспроизводимой формы, необходимой для последующих операций [182, 189, 190]. Поэтому, наряду с решением задачи собственно создания низкоомных контактных структур с использованием технологии микрокапельного осаждения, возникает вторая важная задача -прогнозирования финальной формы капель при их осаждении на подложки из различных материалов, включая многослойные пленочные структуры [193-199]. Решение этой задачи требует детального исследования динамики растекания, охлаждения и кристаллизации капель расплавленного металла (припоя) при их взаимодействии с твердой поверхностью. Результаты этих исследований имеют общий характер, так как рассматриваемые процессы имеют место в таких практических приложениях как термическое и плазменное напыление, аэрозольное охлаждение поверхностей и др. [200-210].

Примечание. Приводимый здесь перечень работ, не претендует на полноту охвата всех фундаментальных и прикладных исследований, проводимых в рамках решения проблемы высокотемпературной сверхпроводимости. Только в первые годы после открытия высокотемпературных сверхпроводников, количество публикаций возросло более чем на порядок и составило десятки тысяч публикаций в год. Во введении автор ограничился цитированием обзорных работ и публикаций, позволяющих охарактеризовать задачи, направления и уровень исследований по проблемам, связанным с синтезом пленок и пленочных структур высокотемпературных сверхпроводников и их свойствам.

Цель работы

Суммируя вышесказанное, можно следующим образом сформулировать тот определенный круг задач в рамках широкого спектра исследований по проблеме высокотемпературной сверхпроводимости, на решение которых была направлена данная работа. Основной целью работы являлось исследование условий формирования эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников с низким поверхностным импедансом, их микроструктуры, сверхпроводящих и микроволновых свойств и особенностей кислородного обмена, а также создание микрокапельных контактных структур и исследование процессов при осаждении расплавленных микрокапель металла на поверхность различных материалов. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Развить методику напыления эпитаксиальных пленок многокомпонентных металлооксидных материалов - высокотемпературных сверхпроводников с низким поверхностным импедансом на подложках из сапфира, пригодных для практического использования в СВЧ технике и быстродействующей микроэлектронике.

2. Исследовать микроструктуру, сверхпроводящие и микроволновые свойства пленок.

3. Исследовать процесс кислородного обмена в пленках, как фактора, определяющего сверхпроводящие свойства пленок, а также особенности их взаимодействия с газами восстановителями.

4. Используя микромостиковые структуры эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников с различной ориентацией кристаллографических осей относительно поверхности подложки, исследовать их анизотропные свойства (удельное сопротивление).

5. Исследовать условия возникновения и охарактеризовать режим тепловой неустойчивости пленочных структур оксидных сверхпроводников, возникающей при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения.

6. Развить методику прецизионного осаждения расплавленных капель металла на различные материалы для создания микрокапельных контактных структур с низким сопротивлением. Исследовать динамику растекания капель, их охлаждения и затвердевания. Выделить основные параметры, характеризующие финальную форму затвердевших капель.

Научная новизна работы

1. Продемонстрирована возможность формирования пленок оксидных сверхпроводников с низким поверхностным сопротивлением. Исследована микроструктура эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников, сформированных на подложках из сапфира, материале, характеризуемого значительным структурным несоответствием по отношению к материалу пленок. Показано, что эпитаксиальные пленки состоят из с-ориентированных монокристаллических областей (кристаллитов) субмикронных размеров, разделенных малоугловыми границами. Преимущественная ориентация кристаллитов в ab плоскости соответствуют псевдокубическому расположению атомов алюминия на плоскости (1012) сапфира.

2. Показано, что при увеличении толщины пленок, вследствие структурного несоответствия материалов пленки и подложки и деформации кристаллической решетки пленок при фазовом переходе из тетрагональной фазы в орторомбическую, происходит образование линейно-сетчатых дефектов и снижение макроскопических транспортных и микроволновых свойств пленок.

3. Из результатов исследования кислородного обмена в пленках многокомпонентных оксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом установлено, что, при экспозиции в вакууме, определяющими являются медленные поверхностные процессы десорбции кислорода в молекулярной и/или атомарной форме. При реокислении пленок в кислороде, а также при их восстановлении в атмосфере газов-восстановителей, определяющим процессом является диффузия кислорода в пленке.

4. Показано, что механизм газовой чувствительности оксидных материалов со слабосвязанным кислородом обусловлен участием слабосвязанного кислорода в реакциях окисления газов восстановителей на их поверхности с последующей десорбцией продуктов реакции. Изменение содержания слабосвязанного кислорода в процессе окислительно-восстановительных реакций и связанное с ним изменение проводимости металлооксидных материалов определяют величину их газочувствительности.

5. По результатам исследования температурных зависимостей компонент удельного сопротивления эпитаксиальных пленок состава УВагСизОб+х показано, что при максимальном содержании кислорода в пленках температурные зависимости внутриплоскостяой Раь и межплоскостной рс компонент удельного сопротивления имеют "металлический" характер — сопротивление уменьшается при снижении температуры. В интервале температур 100-300К значения фактора анизотропии рс/раъ равны 15-30.

6. Обнаружено состояние УВа2Си30б+х пленок, в котором температура начала перехода в сверхпроводящее состояние внутриплоскостной раь компоненты сопротивления ниже, чем для межплоскостной рс компоненты сопротивления. Отмечено, что максимальные температуры сверхпроводящего перехода наблюдаются для УВа2Си3Об+х пленок с содержанием кислорода ниже максимального (х<1).

7. Показано, что режим тепловой неустойчивости возникает в резистивном состоянии пленочных сверхпроводников при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения. Получен критерий возникновения режима тепловой неустойчивости, определяющий взаимосвязь условий теплоотвода, свойств материалов, амплитуды и длительности импульсов тока. При г одновременном действии тока и оптического излучения получена зависимость напряжения фотоотклика пленочных структур от мощности излучения.

8. Получены экспериментальные данные о влиянии условий осаждения жидких микрокапель припоя и свойств используемых материалов на финальную форму затвердевших капель. Показано, что диаметр растекания капель в основном* определятся размером капель и их скоростью. При использовании материалов подложек с высоким значением коэффициента аккумуляции тепла диаметр растекания капель и их финальная форма не зависят от условий смачивания.

9. Показано, что в условиях осаждения капель, соответствующих средним значениям числа Вебера We=l-100, в качестве основного параметра, позволяющего качественно разделить возможные сценарии развития процессов,при соударении капли металла с холодной твердой поверхностью, может быть использовано отношение времени затвердевания капель и периода их колебаний. На основе решения задачи охлаждения и затвердевания капли и оценки характерной частоты колебаний капли получены простые аналитические выражения, позволяющие оценить ключевые геометрические параметры, характеризующие форму затвердевших капель, и провести анализ зависимости этих параметров от условий осаждения капель и физических свойств используемых материалов.

Практическая значимость. На основе проведенных исследований развита методика формирования и получены УВагСизОб+х и GaBa2Cu306+x пленки на важных для приложений подложках из сапфира (AI2O3) с низким поверхностным импедансом Rs(75 ГГц, 78К)=20мОм. Полученные данные об условиях формирования эпитаксиальных пленок, влиянии материала подложек на микрострктуру и свойства пленок, а также демонстрируемое применение методик исследования пленок имеют общее значение и могут быть использованы при синтезе пленок новых материалов - сегнетоэлектриков, оптических и каталитических покрытий и др.

Полученные данные о кинетике кислородного обмена в пленках высокотемпературных сверхпроводников могут быть использованы при совершенствовании условий из синтеза, а также при создании устройств сверхпроводниковой электроники, технология изготовления которых включают в себя снижение давления и нагрев пленочных образцов и может привести к потере кислорода в пленках и деградации их сверхпроводящих свойств.

Результаты исследований газочувствительности металлооксидных материалов со слабосвязанным кислородом могут быть использованы при создании миниатюрных газовых сенсоров, каталитических покрытий и газоразделительных мембран. В частности, были созданы демонстрационные образцы газовых сенсоров и приборов на их основе для регистрации таких газов как Н2, СО, NH3, H2S, этанола и др.) в диапазоне концентраций от 10 ррт до 20-50 объемных процентов с чувствительностью 1-100 ррт.

Результаты исследования анизотропных свойств пленок по методу Монтгомери и их сопоставление с данными прямых измерений компонент сопротивления позволили выявить ограничения метода, которые необходимо учитывать при интерпретации результатов измерений свойств анизотропных материалов в области сверхпроводящего перехода.

По результатам исследования режима тепловой неустойчивости, возникающего при пропускании электрического тока через сверхпроводник и воздействии на него оптического излучения, созданы демонстрационные образцы микромостиковых пленочных переключающих устройств. На микромостиках с размерами 75 х 500 мкм2 достигнута чувствительность при переключении из резистивного состояния в нормальное состояние сверхпроводника ~104 В/Вт при быстродействии 10"5 - 10"V

Изготовлен генератор капель и продемонстрирована методика прецизионного осаждения микрокапель припоя, обеспечивающая формирования контактных структур микрокапля-металл-сверхпроводник с контактным сопротивлением <10"8 Ом см2.

Развит приближенный аналитический метод и получены выражения для оценки основных геометрических параметров, характеризующих форму затвердевших капель, которые позволяют провести анализ зависимости этих параметров от условий осаждения капель и физических свойств ^используемых материалов и, тем самым, предсказывать финальную форму капель при их осаждении на подложки из различных материалов.

На защиту выносятся. Данные по формированию эпитаксиальных УВагСизОб+х и ОаВагСизОб+х пленок с низким поверхностным импедансом на подложках из сапфира.

Результаты исследования микроструктуры эпитаксиальных пленок на сапфире. Результаты исследования влияния толщины пленок на их сверхпроводящие и микроволновые свойства.

Результаты экспериментального исследования кислородного обмена в пленках многокомпонентных металлооксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом, полученные при вариации толщины пленок, их температуры и газового окружения. Результаты интерпретации экспериментальные данных о кинетике кислородного обмена в пленках, основанные на использовании модели активационной диффузии кислорода в решетке и взаимосвязи концентрации носителей заряда (проводимости) с концентрацией слабосвязанного кислорода. Предложенное объяснение механизма газовой чувствительности металлооксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом, обусловленного участием лабильного кислорода металлооксидов в реакциях окисления газов восстановителей на их поверхности, изменением объемного содержания кислорода и связанного с ним изменения проводимости.

Результаты исследования температурных зависимостей компонент удельного сопротивления сверхпроводящих УВагСизОб+х пленок. Обнаруженное различие в температуре начала перехода в сверхпроводящее состояние компонент сопротивления. Отмеченный факт, что максимальные температуры сверхпроводящего перехода наблюдаются для образцов пленок с содержанием кислорода ниже максимального.

Результаты исследования режима тепловой неустойчивости резистивного состояния сверхпроводников, возникающего при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения. Полученное условие возникновения режима тепловой неустойчивости, характеризующее нарушение баланса между количеством выделяемого тепла и теплоотводом.

Результаты тестовых экспериментов по формированию низкоомных микрокапельных контактных структур. Результаты экспериментального исследования влияния условий осаждения жидких микрокапель припоя и свойств используемых материалов на финальную форму затвердевших капель. Предложенная качественная модель растекания и затвердевания капель металла при их соударении с холодной твердой поверхностью, основанная на оценке числа колебаний капли, совершаемых ею до момента затвердевания, и позволяющая разделить возможные сценарии развития процессов. Приближенный аналитический метод расчета времени затвердевания капель и оценки характерной частоты колебаний капли, дающий возможность предсказывать финальную форму капель при их осаждении на подложки из различных материалов. Работа была выполнена: в соответствии с планами научно-исследовательских работ по темам "Исследование теплофизических свойств и материалов, перспективных для энергетики и новой техники" (Гос. per. 01.9.50. 001692), "Гидромеханика, тепломассоперенос и волновые процессы в многофазных и дисперсных системах " (Гос. per. 01.2.00 103366), а также в рамках

- проекта "Напыление" (410) Государственной программы по проблеме высокотемпературной сверхпроводимости (1989-1994 гг);

- проекта "Технология лазерного напыления ВТСП пленок для СВЧ электроники" (94054) Государственной научно-технической программы "Актуальные направления в физике конденсированных сред" направление "Сверхпроводимость" (1995-1997 гг.);

- грантов Международного научного фонда и Российского правительства (NR2000, NR 2300);

- гранта РФФИ "Влияние ударного слоя на процессы осаждения частиц при лазерном напылении пленок в буферном газе" (95-02-04394);

- гранта РФФИ "Роль кластеров в формировании наноструктурных люминесцирующих пленок полупроводников методом лазерной абляции" (97-0218469);

- гранта РФФИ "Взаимодействие жидких микрокапель с твердой поверхностью: эксперимент и численное моделирование" (00-01-00832).

Личный вклад автора в представляемую работу и совместные работы.

Автор принял непосредственное участие во всех работах, представленных в списке основных публикаций по теме диссертации и выносимых на защиту.

Автор участвовал в формулировке задач, постановке и проведение экспериментальных исследований по развитие методики получения эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников с низким поверхностным сопротивлением, выборе методик и изучении их микроструктуры, состава и свойств, исследовании анизотропии проводимости и кислородного обмена, а также анализе, разработке моделей и обобщении полученных результатов.

Автору принадлежит замысел и формулировка задач, постановка и проведение исследований условий возникновения режима тепловой неустойчивости оксидных сверхпроводников при воздействии транспортного тока и оптического излучения, анализ и интерпретация полученных результатов.

Автором поставлены и выполнены эксперименты по созданию микрокапельных контактных структур, исследованию процессов при взаимодействии жидких микрокапель металла с твердой холодной поверхностью, проведен анализ экспериментальных данных и предложена качественная модель растекания и затвердевания капель металла при их осаждении на поверхность различных материалов.

Им лично созданы установки по изготовлению пленочных структур, исследованию сверхпроводящих свойств пленок и пленочных структур, измерению температурных зависимостей сопротивления, вольт-амперных и вольт-ватгных характеристик, газовой чувствительности, а также исследованию быстропротекающих процессов при соударении жидких микрокапель с твердой поверхностью.

Автором совместно с М.Р. Предтеченским и А.Н. Черепановым был развит аналитический метод расчета времени затвердевания капель и числа колебаний, совершаемых каплей до момента затвердевания. Совместно с А.Н. Черепановым, В.Н. Поповым и М.Р. Предтеченским были выполнены работы по численному моделированию растекания и затвердевания капель.

Вклад автора в совместные исследования, результаты которых вошли в докторскую диссертацию М.Р. Предтеченского (Новосибирск, 1993 г.), основного соавтора работ, заключался в участии в формулировке задач и проведении исследований условий формирования эпитаксиальных пленок оксидных сверхпроводников на подложках, характеризуемых значительным структурным несоответствием по отношению к материалу пленок, в изучении взаимосвязи условий получения, ориентационных и сверхпроводящих свойств пленок, в анализе каналов поступления кислорода в пленки и в развитии качественной модели формирования пленок при лазерном напылении. Эти результаты совместных исследований, вошедшие в докторскую диссертацию М.Р. Предтеченского, основными соавторами которых являются также В.Ф. Врацких, А.Н. Смаль, С.Н. Смирнов и О.М. Тухто, используются автором как дополнительные, обеспечивающие необходимую логику рассуждений, и оформлены соответствующими ссылками.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на международных и отечественных конференциях и симпозиумах, основными из которых являются: 7 Всесоюзная конференции по росту кристаллов, 14-19 ноября 1988, Москва;

3 Всесоюзный Симпозиум "Неоднородные электронные состояния", ноябрь 1989, Новосибирск; 1 Всесоюзное совещание по проблемам диагностики материалов ВТСП, апрель 1989, Черноголовка; И Всесоюзная конференция по высокотемпературной сверхпроводимости, сентябрь 1989, Киев; International conference on high-temperature superconductivity, September 1989, Beijing, China; Second World Congress on Superconductivity, September 1990, Houston, USA; International conference on superconductivity (ICSC), January 1990, Bangalore, India; ICMC'90 Topical Conference - High-Temperature superconductors: Material Aspects, May 1990, Garmisch-Partenkirchen, FRG; International conference on advanced materials (ICAM91), May 1991, France, Strasbourg; International Conference on Superconducting and quantum effect devices and their Applications (SQUID'91), June 1991, Berlin, Germany; 3 Всесоюзное совещание по высокотемпературной сверхпроводимости, апрель 1991, Харьков; 15th International Cryogenic Engeneering Conference and Industrial Exibition (ICEC 15), June 1994, Genova, Italy; Fourth--International Conference and Exibition: World Congress on Superconductivity, June-July 1994, Orlando, USA; 14th International Symposium on Plasma Chemistry, August 2-6, 1999, Prague, Czech Republic; 32nd International Symposium on Microelectronic, October 1999, Chicago, USA; European Microelectronics Packaging and Interconnection Symposium, June 2000, Prague, Czech Republic. "ШЛ

Публикации no теме. По теме диссертации опубликовано 35 статей в отечественных и международных журналах, сборниках, материалах конференций и препринтах. Имеется один охранный документ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения (выводов) и списка литературы. Работа изложена на 241 страницах машинописного текста, включая 67 рисунков и 7 таблиц. Список литературы насчитывает 395 наименований. 4

4.8. Выводы

Показано, что при напылении таких металлов как серебро, золото и платина на поверхность оксидных сверхпроводников возможно создание контактных поверхностей с сопротивлением контакта <10"8 Ом см2.

Изготовлен генератор капель и продемонстрирована методика осаждения микрокапель припоя на контактные поверхности. При оптимальной форме (близкой к сферическому сегменту) затвердевшие капли припоя обладают высокой адгезией и низким сопротивлением контакта (<10 8 Ом см2). Величина и длительность локального перегрева оксидных пленок в процессе осаждения микрокапель не приводит к деградации свойств пленок.

Проведено экспериментальное исследование осаждения жидких капель припоя на подложки различных материалов. Варьируемыми параметрами были условия осаждения (скорость и размер капель), а также условия теплообмена (температура капли и подложки, свойства подложки) и условия Смачивания.

В условиях осаждения, соответствующих средним значениям числа Вебера (We=l-100) форма, затвердевших капель определяется конкуренцией колебательного движения капель и их затвердевания. Распространение фронта затвердевания от подложки в жидкую часть капли приводит к образованию характерных возмущений на поверхности затвердевших капель.

Показано, что диаметр растекания капель в основном определятся размером капель и их скоростью. При использовании материалов с высоким значением коэффициента аккумуляции тепла диаметр растекания капель и их финальная форма не зависят от условий смачивания.

Предложена качественная модель растекания и затвердевания капель. Сделан вывод о том, что в качестве основного параметра, позволяющего качественно разделить возможные сценарии развития процессов при соударении капли металла с холодной твердой поверхностью, может быть использовано отношение времени затвердевания капель и периода колебаний.

Развит приближенный аналитический метод, дающий возможность предсказывать финальную форму капель при их осаждении на подложки из различных материалов. Основой этого приближения являлась оценка времени затвердевания капель и числа колебаний капли, совершаемых ею до момента затвердевания. Эти данные, наряду с оценкой диаметра растекания капель при соударении с подложкой, позволяют оценить ключевые геометрические параметры, характеризующие форму затвердевших капель, и провести анализ зависимости этих параметров от условий осаждения капель и физических свойств используемых материалов.

Примечание. В условиях осаждения, соответствующих низким значениям параметра Pd (Pd<l), затвердевание капель происходит на начальной стадии растекания. Капли принимают колцеобразную форму. Для условий осаждения, соответствующих значениям l<Pd<10 капли принимают форму близкую к форме сферического сегмента, но со значительным количеством поверхностных возмущений. Когда число колебаний капли до момента затвердевания возрастает (10<Pd<100) поверхность капель сглаживается. Для значений параметра Pd>100, капли имеют гладкую поверхность без видимых возмущений.

С точки зрения эффекта смачивания, необходимо выделить случаи осаждения капель, соответствующие значениям параметра Pd~l и Pd»l. Когда Pd вся или большая часть капли затвердевает на начальной стадии растекания и форма капель не зависит от условий смачивания. Когда Pd»l, затвердевание капли происходит после того, как капля совершит значительное число колебаний. В этом случае растекание капель и последующая эволюция формы капель будет зависеть условий смачивания и предыстории начального растекания. Необходимо также отметить, что для условий осаждения, соответствующих значениям параметра Pd»l вклад радиационно-конвективного теплообмена может становиться существенным. В этом случае на поверхности капли образуется слой (корка) затвердевшего металла, которая препятствует колебательному движению жидкости капли и образованию поверхностных возмущений.

Так как, представленные расчеты были выполнены в предположении, что диаметр растекания капель остается неизменным в процессе охлаждения капли до начала затвердевания, то для условий, когда Pd»l полученные формулы пригодны для оценок параметров капель, осаждаемых с относительно большой скоростью на смачиваемые материалы подложек.

С практической точки зрения можно также отметить факт, что температура капель после пролета дистанции от сопла генератора капель до подложки может уменьшаться и достигать значений температуры затвердевания материала капель. Как результат, капли осаждаются на подложку в твердом состоянии, что снижает их адгезию и электрические свойства контактного соединения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Развита методика напыления и получены эпитаксиальные УВа2Сиз07.х и GaBa2Cu307-x пленки с низким поверхностным импедансом Rs(75 ГГц, 78К)=20мОм на важных для приложений подложках из сапфира (А12Оз).

2. Получена прямая демонстрация микроструктуры эпитаксиальных пленок оксидных высокотемпературных сверхпроводников на подложках со значительным структурным несоответствием. Показано, что эпитаксиальные пленки на подложках из сапфира состоят из с-ориентированных монокристаллических областей (кристаллитов) субмикронных размеров, разделенных малоугловыми границами. Ориентация кристаллитов в плоскости ab совпадает с направлениями [2021] и [0221] сапфира и соответствуют псевдокубическому расположению атомов алюминия в плоскости (1012).

3. Показано, что при увеличении толщины эпитаксиальных пленок на сапфире, вследствие деформации кристаллической рстпеткл пленок при фазов< тетрагональной фазы в орторомбическую, «.^исходит формирование линейно-сетчатых дефектов; вызывающее снижешю макроскопических транспортных и микроволновых свойств пленок. Использул представления об условиях гетеро- и ~ гомоэпитаксиального роста пленок и анизотропии скорости роста оксидных сверхпроводников предложена методика коррекции условий напыления для формирования эпитаксиальных пленок на сапфире с низким поверхностным импедансом.

4. По результатам исследования кинетики кислородного обмена в пленках многокомпонентных металлооксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом при вариации толщины пленок, их температуры и газового окружения выделены лимитирующие стадии процесса. Показано, что, при экспозиции в вакууме, определяющими являются медленные поверхностные процессы десорбции кислорода в молекулярной и/или атомарной форме. При реокислении пленок в кислороде, а также при их восстановлении в атмосфере газов-восстановителей, определяющим процессом является диффузия кислорода в пленке.

5. Показано, что механизм газовой чувствительности оксидных материалов со слабосвязанным (лабильным) кислородом об> словлен участием лабильного кислорода металлооксидов в реакциях окисления газов восстановителей на их поверхности с последующей десорбцией продуктов реакции. Изменение содержания слабосвязанного кислорода в процессе окислительно-восстановительных реакций и связанное с ним изменение проводимости оксидных материалов определяют величину их газочувствительности, о. По результатам исследования температурных зависимостей компонент ■ мольного сопротивления эпитаксиальных пленок состава УВа^СЧьОб+ч с маркируемой ориентацией кристалл и чес к!>\ ■ я относительно плоскости подложки показано, что при максимальном содержании кислорода в пленках температурные зависимости внутришюскостнол p^. v, межплоскостной рс компонент удельного сопротивления иг.мчку "'металлический" характер -' противление уменьшается при снижения те^'Псратуряг.-'В- интервале температур-; ! ОО-ЗООК значения фактора анизотролил р, р .лы 15-30. т.Ч>наружено состояние сверхпроводящих vBa2Cu?0,,)x пленок, в котором " .^пература начала перехода в сверхпроводящее состояние внутриплоскостной ра), ; .поненты сопротивления ниже, чем для меж:; л ос костной рс компоненты онротивления. Отмечено, что максимальные температуры сверхпроводящего >:оехода наблюдаются для УВа2Си306 i-v, пленок с содержанием кислорода ниже максимального (х<1).

Показано, что режим тепловой неустойчиво-.'и сверхпроводящих пленок возникает в резистивном состоянии сверхпроводника при пропускании электрического тока и воздействии оптического излучения. Получен критерий возникновения режима тепловой неустойчивости, определяющий взаимосвязь условий теплообмена, свойств пленок, амплитуды и длительности импульсов тока. Показано, что данный критерий характеризует нарушение баланса между количеством выделяемого тепла и теплоотводом.

9. Продемонстрирована возможность использования режима тепловой неустойчивости высокотемпературных сверхпроводников в оптических переключающих устройствах. При одновременном действии тока и оптического излучения получена зависимость напряжения фотоотклика микромостиковых структур от мощности излучения. На микромостиках с размерами 75 х 500 мкм2 достигнута чувствительность при переключении из резистивного состояния в нормальное состояние сверхпроводника ~104 В/Вт при быстродействии 10"5 - Ю^с.

10. Продемонстрирована возможность формирования контактных структур микрокапля-металл-сверхпроводник с низким контактным сопротивлением. Получены экспериментальные данные о влиянии условий осаждения жидких микрокапель припоя и свойств используемых материалов на финальную форму затвердевших капель. Показано, что диаметр растекания капель в ochorhom определятся размером капель и их скоростью. При использовании материалов подложек с высоким значением коэффициента аккумуляции тепла диаметр растекания капель и их финальная форма не зависят от условий Ьмачивания. i 1. Предложена качественная модель растекания и затвердевания капель. Сделан вывод о том, что в условиях осаадения, соответствующих средним значениям- , . числа Вебера We=l-100, в качестве основного параметра, позволяющего

ST-*-* качественно разделить возможные сценарии развития процессов при соударении • капли металла с холодной твердой поверхностью, может быть использовано отношение времени затвердевания капель и периода их колебаний. Развит приближенный аналитический метод, дающий возможность предсказывать финальную форму капель при их осаждении на подложки из различных материалов и оценить основные геометрические параметры, характеризующие форму затвердевших капель.

1. Сверхпроводники. М.: Изд. ГНЦ РФ ВНИИНМ им. А.А. Бочвара, 1998.2. de Nobel J. Introduction by Peter Lindenfield. The Discovery of Superconductivity, Physics Today. 1994, p. 40-42.

2. Иванов C.C. Сверхпроводимость: от фундаментальной науки к высоким технологиям нового века. Энергия, 1999, № 7.

3. Poole С. P., Farach Н. A., Creswick R. J. Superconductivity. Academic, New York, 1995.

4. Нечаев В.В. Электроэнергетика России: состояние и перспективы. Энергия. 2000. № 1.

5. Bednorz J. С., Muller К.A. Z. Phys. В, 1986. 64, 189.

6. Chu C.W., Ног Р.Н., Meng R.L., Gao L., Huang Z.J. Wang Y.O. Superconductivity at 93K A new mixed phase Y-Ba-Cu-0 compound at ambient pressure. Physics Review Letters, 1987, 58, pp. 908-912.

7. Alper J. A Big Step for Superconductivity?, Science. 1993, Vol 262, p. 1816-1817.9. v т. Bums, High Temperature Superconductivity, Acadciinc Press Inc., Boston 1992. 10 У/id, PJ. and G.A. Saunders. High Temperature Superconductivity Ten Years

8. Ou. ;:ua>emporary Physics, 1997, Vol. 38, No. 1, p. 63-81. i 1. Ovr-t M and Davor P. Introduction to Superconductivity and High-Tc Materials, Singapore, World Scientific, 1992.

9. C. vv. Chu. Superconductivity: High Temperature. In: R. G . Lerner and G. L. Tngg, ed. Encyclopedia of Applied Physics, vol. 20, VCI1. New York, 1997, 213.

10. T. P. Shcahan, Introduction to High Temperature Superconductivity. Plenum, New York. 1994

11. M. Cyrot and D. Parmana. Introduction to Superconductivity and High Tc Materials. World Scientific, Singapore, 1992.

12. S. Mohan, In: C. N. R. Rao, ed. Chemistry of High Temperature Superconductors. World Scientific, Singapore, 1991, 411.

13. John R. C. Anisotropy and two-dimensional behavior in the high-temperature superconductors. Supercond. Sci. Technol. 11, 909 (1998).

14. Superconductor applications: SQUIDs and Machines, eds. Schwartz B.B. and Foner S., Plenum Press, New York, 1974.

15. Beasley M.R. Recent progress in high-Tc superconductivity : what would make a difference? IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 5(2):141-51, 1995.

16. B. Batlogg, C. W. Chu, W. K. Chu, D. U. Gubser and K. A. Muller, ed. Proceedings of the 10th Anniversary HTSy Workshop on Physics, Materials and Applications. World Scientific, Singapore, 1996.

17. Fathy A., Kalolitis D., Belohoubek E. Microwave characteristics and characterization of high Tc superconductors. Microwave journal, 1988, vol.31, No 10, pp. 94.

18. Van Duzer T. Superconductor-semiconductor hybrid devises, circuits and systems. Cryogenics, 1988, vol. 28, No.6, pp. 527-531.

19. Panek D., Prando G., Ali Mansoori G. Superconductors: Past, Present and Future. Energy Sources, 1988, vol. 10, pp. 159-172. .

20. Аксаев Э.Е., Гершензон E.M. Перспективы применения высокотемпературных сверхпроводников для создания электронных болометров. Письма ЖТ^>? 1989 т. 15, вып. 14, с.88-93.

21. Гусева Л. Высокотемпературные сверхпроводники. Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2/1999.

22. Vendik O.G., Vendik I.B., Kholodniak D.V. Applications of High-temperature superconductors in microwave integrated circuits. Mater. Phys. Mech., 2000, vol. 2, pp. 15-24.

23. Ueno Y., Sakakibara N., Yamada T. Hight-Temperature Superconducting Receiving filter subsysem for Mobile Telecommunication Base Station, IEICE TRANS. ELECTRON., 1999, Vol. E82-C. No. 7.

24. Passive Microwave Applications of High Temperature Superconductors. Ed. M. J. Lancaster. Cambridge University Press, Cambridge, UK 1997.

25. High-Tc superconductors: Physical principles of microwave applications, O.G. Vendik, ed., published by Energoatomizdat. Leningrad 1991.

26. Habermeier H.U. High Tc thin films and their applications. Eur. J. Sol. State Inorg. Chem., 1991, vol. 28, suppl. pp. 619-626.

27. Garcia J.P., Dereniak E.L. Optical detectivity considerations for high-temperature superconducting thin-film detectors. Infrared Phys., 1991, vol. 31, No.2, pp.179182.

28. Гинзбург B.Jl. Высокотемпературная сверхпроводимость. УФН, 1991, т.161, №4. с. 1-11.

29. Withers R.S., Anderson A.C., Gates D.E. High-Tc superconducting thin films for microwave applications. Solid State Technology, 1990, vol.33, N8, pp.83-87.

30. Chaloupka H., Muller C. Application of HTSC thin films with low microwave losses to linear devices. Physica C, 1991, vol.!80, pp.259-266.

31. Карманенко С. Ф. Семенов А. А. СВЧ полосовой фильтр на основе пленочной структуры сверхпроводник/феррит (YBCO/YIG). — Письма в ЖТФ, 2000, том 26, вып. 3, 12-17.

32. Третьяков Ю.Д. Химия и технология ВТСП основные направления развития. Журнал Всесоюзн. хим. общества, 1989, т.34, №4, с.436-445.

33. Geballe Т.Н. Epitaxial oxide films. Epitaxial Oxide Thin Films and 1 leterostructures, 1995, pp. 3-12.

34. Chu C.W. Hign temperature superconductivity in bulk and film. Vacuum, 1990, vol. 41, No. 4/6, pp.773-777.

35. Bourdillon, A. and N. X. Tan Bourdillon. High Temperature Superconductors: Processing and Science. San Diego, Academic Press, Inc., 1994.•

36. M. Naito, D.P.E. Smith, M.D. Kirk, B.Oh, et al. Electron-tunneling studies of thin films of high-Tc superconducting La-Sr-Cu-O. PhysJRev. B35(13), p.7228-7231,1987.

37. R.B. Laibowitz, R.H. Coch, P. Chaudhari, R.J. Gambino. Thin superconducting oxide films. Phys.Rev. B35(l6), p.8821, 1987.

38. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Предтеченский M.P., Рыков А.И., Турбин А.В., Текстурированные сверхпроводящие Y-Ba-Cu-O пленки на подложках из сапфира. Письма в ЖТФ, 1988, т. 14, вып.22, с.2068-2070.

39. Schieber М. Deposition of high temperature superconducting films by physical and chemical methods. J. Cryst. Growth, 1991, vol.109, No. 1/4, pp.401-417.

40. Головашкин А.И. Методы получения пленок и покрытий из высокотемпературных сверхпроводников. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И.Менделеева, 1989, т.34, вып.4,с.481-491.

41. R.B. Laibowitz. High Тс Superconducting Thin Films. MRS Bulletin, 1989,^0 1, pp.58-62. s

42. R. Simon. Thin Films. Supercond. industry, 1989, vol.2, No Г, pp.22-27.

43. К. Enpuku, Т. Kisu, R. Sako, K. Yoshida, M. Takeo and K. Yamafuji. EfFect of Flux Creep on Current-Voltage Characteristics of Superconducting Y-Ba-Cu-0 Thin Films, Jap. J. Appl. Phys., 1989, 28(6), pp.L991-L993.

44. S.M. Anlage, H. Sze, H.J. Snortiand, S. Tahara, B. Langiey, C.B. Eom and M.R. Beasley. Measurements of the magnetic penetration depth in YBa2Cu307.x thin films by the microstrip resonator technique. Appl. Phys. Lett., 54(26), 1989, pp. 27102712.

45. Y.T. Enomoto, T. Murakami, M. Suzuki, K. Aforiwaki. Largely Anisotropic Superconducting Critical Current in Epitaxially Grown Ba2YCu307.x Thin Film. Jap. J. Appl. Phys. ,26, p.L1247, 1987.

46. E.A. Антонова, В.Л. Рузинов, С.Ю. Старк, C.B. .Марук. Анизотропия электропроводности и эффект Холла эпитаксиальных пленок YBa2Cu3Ox. П Всесоюзн. Конф. по ВТСП, т2, с.42-43, Киев, 1989.т

47. A.G. Zaitsev, R. Wurdenweber, T. Kunigs, E.K. Hollmann, S.V. Razumov, O.G. Vendik, Effect of structural and morphological imperfections on the microwave surface resistance of YBCO thin films, Physica C, 1996, v. 264, p. 125-132.

48. Смолин Ю.И., Шепелев Ю.Ф., Левин A.A. Особенности строения высокотемпературных сверхпроводников. Журнал неорганической химии, 1989, т.34, вып. 10, с.2451-2468.

49. Jin, Sungho. Processing and Properties ofIiigh-Tc Superconductors: Vol. 1 Bulk Materials. World Scientific. Pub. LTD. 1993.

50. Mitchel Т.Е. et al. Processing ceramic superconductors, J. metals, vol.41, Nol, pp.6-10.

51. Quincey P.G. Working with ceramic superconducting marerials: processes and problems. Measurements Sci. technol., 1990, vOl. 1, No. 8, pp. 710-715.

52. Beasly M.R. High-temperature superconducting thin films. Proc. IEEE, 1989, vol.77, No.8, pp.1153-1163.

53. Leskela M. et al. Preparation of superconducting Y-Ba-Cu-O thin films. J. Vacuum Sci. Technol. A, 1989, vol.7, No.6, pp.3147-3177.

54. M. Sagoi, Y. Terashhima, K. Kubo, Y. Mizutani, T. Miura, J. Yoshida and K. Mizushima, Structural Features and Superconducting Properties of As-Grown Y-Ba-Cu-0 Films, Jap. J. Appl. Phys., 28(3), pp.L444-L447, 1989.

55. E.Moraitakis, M.Anagnostou, M.Pissas, V.Psyharis, D.Niarchous, G.Stratakos. Deposition of УВа2Сиз07§ thin films over large areas with a simple sputtering technique for microwave applications. Supercond. Sci. Technol., 1998, V.l 1, N 7, pp.686-691.

56. K. Kojima, K.J. Curoda, M. Tanioku, K. Hamanaka. As-Grown Superconductivity of BiSrCaCuO Thin Films Prepared by Magnetron Sputtering Three Targets. Jap. J. Appl. Phys., 1989, 28(4), pp. L643-L645.

57. J.Tsujino, Y.Shiohara. Growth process of YBa2Cu307-x films prepared by RF thermal plasma evaporation // Physica C, 1996, V.262, N 3-4, pp.236-242.

58. Котелянский И.М., Кравченко В.Б., Лузанов BA., Соболев A.T. Эпитаксиальные пленки YBa2Cu307.x, полученные магнетронным распылением. II Всесоюзн. Конф. по ВТСП, т.2, с.267-268, Киев, 1989.

59. А.Г.Шарин, Л.П.Батюня, А.А.Раскин. Получение высокотемпературных сверхпроводящих пленок систем YBaCuO и BiPbSrCaCuO методом магнетронного напыления // Зарубежная электронная техника, 2000, N 1, с.88-103.

60. L.M.Wang, H.W.Yu, H.C.Yang, H.E.Horng. Optimum sputtering conditions on the in-situ growth of superconducting YBa2Cu3Oy films with an off-axis RF sputtering configuration. Physica C, 1996, V.256, N 1-2, pp.57-63.

61. T. Minamikawa, Y. Yonezawa, S. Otsubo, T. Macda, A. Jvloto, A. Morimoto and T. Shimizu. Preparation of Ва2УСизОх Supercconducting Films by Laser Evaporation and Rapid Laser Annealing, Jap.J.Appl.Phys.,27(4), pp.L619-L921, 1988.

62. S. Deshmukh , E. W.Rothe, G.P. Reck, T. Kushida. ArF laser-induced emission from high-Tc superconducting (123) thin films deposited by ArF laser ablation, Super. Sci. Technol. 1, (1989), pp.319-323.

63. J. Narayan, N. Bianno, R. Singh, O. Holland, O. Auciello. Formation of thin superconducting films by the laser processing method. Appl. Phys. Lett. 51(22), pp. 1845-1847,1987.

64. А.И. Головашкин, E.B. Екимов, С.И. Красносвободцев, E.B. Печень. Монокристаллические пленки высокотемпературных сверхпроводников с перовскитной структурой. Письма ЖЭТФ, 47(3), с. 157-159, 1988.

65. D. Bauerle. Laser-Induced Formation and Surface Processing of High-Temperature Superconductors. AppLPhys., 1989, A48, pp.527-542.

66. D. B. Chrisey and G. K. Hubler (Eds.). Pulsed Laser Deposition, New York: John Wiley and Sons, 1994.

67. J. C. Miller (Ed.). Laser Ablation, Berlin/Heidelberg: Springer Series in Materials Science, 1994.

68. Li. Q. High Tc ultrathin films and superlattices. In "Pulsed Laser Deposition of Thin Films", eds. Graham K. Hubler and Douglass B. Chrisey, (John Wiley & Sons, New York, 1994),p.535.

69. K. Shinohara, F. Munakata and M. Yamanaka, Preparation of Y-Ba-Cu-O Superconducting Thin Film by Chemical Vapor Deposition, Jap. J. Appl. Phys., 27(9), pp. L683-L685, 1988.

70. H. Yamane, 11. Kurosawa, 11. Jwasaki, H. Masumoto, T.J. Iirai, N. Kobayashi, Y. Muto. Tc of c-Axis-Oriented Y-Ba-Cu-O Films Prepared by CVD. Jap. J. Appl. Phys. 27(7), pp.L1275-L1276, 1988.

71. A.D. Berry, D.K. Gaskill, R.T. Holm, E.J. Cukauskas, R.Kaplan, R.L.Henry. Formation of high Tc superconducting films by organometallic chemical vapor deposition. Appl. Phys. Lett., 52(20), pp. 1743-1745, 1988.

72. T. Nakamori. H. Abe, T. Kanamori, S. Shibata. Superconducting Y-Ba-Cu-O Oxide Films by MOCVD. Jap. J. Appl Phys. 27(7), pp.L1265-L1267, 1988.

73. K. Watanabe, H. Yamane, H. Kurosawa, T. Hirai, N. Kobayashi, K. Hoto and Y. Muto, Critical currents at 77.3 К under magnetic fields up to 27 T for an Y-Ba-Cu-O film prepared by chemical vapor deposition. Appl. Phys. Lett. 54(6), 1989,pp.575-577.

74. S. Oda, H. Zama, T. Ohtsuka, R. Sugiyama and T. Hattori, Epitaxial Growth of YBaCuO Films on Sapphire at 500°C by Metallorganic Chemical Deposition, Jap.

75. J. Appl. Phys., 1989, 28(3), pp. L427-L429.

76. F. Weiss, J.P. Senateur, J. Lindner, V. Galindo, C. Dubourdieu, A. Abrutis. MOCVD of superconducting oxides, heterostructures and superlattices. Journal de Physique IV, Vol. 9, 283 (1999).

77. C. Dubourdieu, O. Lebedev, G. Delabouglise, F. Weiss, U. Schmatz, J.P. Senateur. Anisotropy of the critical current in YBCO films grown by MOCVD, Journal of Alloys and Compounds 251, 351 (1997).

78. А.Г. Шарин, JI.П. Батюня, А.А. Раскин. Керамика на основе цирконата1. Ч*титаната свинца (ЦТС) и цирконата-титаната свинца-лантана (ЦТСЛ) // Зарубежная электронная техника, 1999, N 2, с.99-118.

79. В.Н. Децик, Е.Ю. Каптелов. Исследование кинетики фазового превращения пирохлора в перовскит в пленках Pb(ZrxTii.x)03, полученных * высокочастотным магнетронным распылением // Поверхность, 1998, N 12, с.56-59. ^

80. А.V: Rode, В. Luther-Davies, and E.G. Gamaly, Ultrafast Ablation with Higher

81. Pulse-Rate Lasers. Part II: Experiments on Laser Deposition of Amorphous Carbon Films, J. Appl. Phys., 85(8), 4222-4230 (1999). г ^

82. W. Wang, T. Fujii, T. Karaki, M. Adachi, Preparation and electrical properties of rombohedral PZT thin films by RF magnetron sputtering method // Jpn.J.App.Phys.Ptl, 1999, V.38, N 12A, pp.6807-6811.

83. T.Hioki, M.Akiyama, T.Ueda, Y.Onozuka, K.Suzuki. Preparation of PZT thin films by plasma-assisted sputtering // Jpn. J. Appl. Phys. Ptl, 1999, V.38, N 9B, pp.53755377.p

84. B.M. Мухортов, Г.Н. Толмачев, Ю.И. Головко, A.M. Мащенко. Механизм высокочастотного распыления сложных оксидов II Журнал технической физики, 1998, V.68, N 9, с.99-103.

85. Wang, H. S. and Li, Qi. Strain, anisotropy and magnetoresistance in thin Pr2/3Srl/3Mn03 films. J. Modern Phys. B, 12, 3372 (1998).

86. Багинский И.Л., Косцов ").Г. Сегнегоэлектрические пленки компоненты элементов динамической памяти. Микроэлектроника, 1997. N 4, с. 278-287.

87. Лыньков Л.М., Прищепа СЛ. Тонкие пленки высокотемпературных сверхпроводников на полупроводниковых подложках. Заруб. Электрон, техника, 1990,№12, с.24-31.

88. Мощалкова Н.А. Химические аспекты влияния материала подложки на сверхпроводящие свойства тонких пленок YBa2Cu307-x, Обзоры по ВТСП, 1990, №1, с. 17-39.

89. Григорьев Г.Ю. Технология получения и некоторые свойства ВТСП пленок, Обзоры по ВТСП, 1990, вып. 2, с.25-69.

90. S.V. Stolyarova, A.A. Simanovskii, J.E. Manikas et al. Adhesion of YBaCuO films on MgO, Zr02 and SrTi03 substrates. Mater. Sci. Forum, 1990, vol. 62/64, pp. 167168.

91. T. Komatsu, O. Tanaka, K. Matusita, M. Takata, T. Yamashita. On the reaction of Qenched BaYCuO Powders with Various Materials. Jap. J. Appl. Phys. 27(6), p.L1025-Ll 028,1988.

92. E.K. Hollmann, O.G. Vendik, A.G. Zaitsev, B.T. Melekh, Substrates for high-Tc superconductor microwave integrated circuits (Review Article), Supercond. Sci. Technology, 1994, N9, pp. 609-622.

93. A. Sarkar, S.K. Ray, A. Dhar, D. Bhattacharya, K.L. Chopra. In situ grown superconducting YBCO films on buffered silicon substrates for device applications. J. Supercond., 1996, V.9, N 2, pp.217-222.

94. Kolesov S., Chaloupka H., Baumfalk A., Kaiser T. Planar HTS Structures for Hight-Power applications in Communication Systems. Journal of superconductivity. 1997, Vol. 10. No. 3.

95. A.Di. Chiara, F. Lombardi, F.M. Granozio, U.S. Uccio, M. Valentino, F. Tafuri, A. Del Vecchio, M.F. De Riccardis, L. Tapfer. Structure and morphology of MgO/YBCO bilayers for biepitaxial junctions // Physica C, 1996, V.273, N 1-2, pp.30-40.

96. Y. Hakuraku, K. Maezono, H. Ueda. Epitaxial MgO buffer layers for YBCO thin films on R-plane A1203 // Supercond. Sci. Technol., 1996, V.9, N 9, pp.775-778.

97. B.B. Афросимов, E.K. Гольман, P.H. Ильин и др. Исследование роста пленок YBa2Cu307-x на монокристалле А1203 с Се02 буферным подслоем. ЩКТФ, 1998, том 24, выпуск 1, с. 91-95. >

98. Fukutomi, М., S. Kumagai, and Н. Maeda. 1997. Fabrication of YBa2Cu3(yhin films on textured buffered layers grown by plasma beam assisted deposition. Australian J. of Physics 50:381-389.

99. S.Witanachchi, S.Patel, D.T.Shaw, and H.S.Kwok. Effect of buffer on low— temperature growth of mirror-like superconducting thin films on sapphire. Appl.Phys.lett. 55(3), 1989, p.295-297.

100. H. Shimakage, A. Kawakami, and Z. Wang. Depostion of YBCO thin films on MgO buffer layer fabricated on Si substrates // IEEE Trans Appl. Supercond., vol.9, N2, pp. 1645-1648, 1999.

101. G. Koren, A. Gupta, E.A. Giess, A. Segmuller,andR.B. Laibowitz, Epitaxial Films YBa2Cuj07, on NdGa03 , LaGa03, and SrTi03 substrates deposited by laser ablation. Appl. Phys. Lett. 54(11), 1989, pp.1054-1056.

102. T. Komatsu, O. Tanaka, K. Matusita and T. Yamashita, On the New Substrate Materials for High-Tc Superconducting Ba-Y-Cu-O Thin Films, Jap. J. Appl. Phys., 27(9),pp.L1686-L1689,1988.

103. S.W. Chan. E.W. Chase, B.J. Wilkens, and D.L. Hart. Superconducting YBa2Cu307.x thin films on alkaline earth fluorides. Appl. Phys. Lett. 54(20), 1989, pp.2032-2034. *

104. F. Hohler, D. Guggi, H. Neeb, and C. Heiden. Fully textured growth of YiBa2Cu307.x films by sputtering on LiNb03 substrates. Appl. Phys. Lett. 54(11), 1989, pp. 1066-1067.

105. A. Dabkowski. M. Oiedzka, Flux growth of lanthanum galate:. uixi aluminates, substrates for HIGH-Tc thin films deposition. Euorop. Conf. High-Tc Thin Films, Sept.,Poland, 1989, rep. C-26.

106. X.D.Wu, AJnam, M.Hegde, B.Wilkens, C.Chang, D.Hwang, L.Nazar, T.Venkatesan, S.Miura, S.Matsubara, YAfiyasaka, N.Shohata. High critical currents in epitaxial YBa2Cu307.x thin films on silicon. Appl.Phys.lett. 54(8), p.754-756,1989.

107. А.И.Головашкин, В.П.Мартовицкий, Е.В.Печень, В.В.Родин. Эпитаксиальный рост пленок YBa2Cu307.x на подложках MgO. Письма ЖТФ, 15(3), с.31-34,1989.

108. Scheel H.J. Crystal growth problems of YBa2Cu307.x. Physica С153-155, p.44-49, 1988.

109. Li, Q., Meyer, O., Xi, X. X., Geerk, J. and Linker, G. Growth Characterization of Yba2Cu307 Thin Films on (100) MgO. Appl. Phys. Lett. 55, 310-312 (1989). *

110. Li, Q., Xi, X. X, Linker, G., Meyer, O. and Geerk, J. Growth of YbaCuO Thin Films on Random and (100) Aligned Zr02 Substrates. Appl. Phys. Lett. 55, 19721974 (1989).

111. Linker, G., Xi, X. X., Meyer, O., Li, Q. and Geerk, J. The Growth of YBaCuO Thin Films on Different Substrates As a Function of Deposition Temperature. J. Less Common Metals 151, 357-362 (1989).

112. Варламов Ю.Д., Предгеченский М.Р., Смаль А.Н. Ориентирующее влияние подложек из сапфира и SrTiO при эпитаксиальном росте пленок Y-Ba-Cu-О. // Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1990, т.З, N 11, с.2560-2566.

113. J.Kim, S.Oh, D.Youm. Growth conditions of c-axis normal УВа2Сиз07^ films on 20° tilted crystalline substrates // Thin Solid Films, 1997, V.305, N 1-2, pp.304-308.

114. Langjahr P.A., Lange F.F., Wagner Т., Ruhle M. Lattice mismatch accomodation in perovskite films on perovskite substrates. Acta Mater. Vol.46, pp 773-785, 1998.

115. Ramesh, R., Chang, С. C., Xi, X. X., Ravi, T. S., Hwang, D. M., Li, Q., Inam, A. and Venkatesan, T. Structural Perfection of Y-Ba-Cu-O Superconductor Thin Films Grown at Low Temperatures. Appl. Phys. Lett. 57, 1064-1066 (1990).

116. J. Gasperic, D. Minailovic, et al. YBCO superconducting films on sapphire." Elecktroteh. Vestn., 1990, vol. 57, No. 3, pp.103-108.

117. Geerk J., Linker G., Meyer O. Epitaxial growth and properties of YbaCuO tiin films. Materials Science reports, 1989, No.4, pp. 193-260.

118. J. C. Miller (Ed.). Laser Ablation, Berlin/Heidelberg: Springer Series in Materials Science, 1994.

119. Handbook of Thin Film Materials, Volume 1 Deposition and Processing, 3 Laser Applications in Transparent Conducting Oxide Thin Film Processing, Nucleation, Growth and Crystallization of Thin Films: Academic Press is an, Elsever Science, 2001.

120. S. M. Metev and V. P. Veiko, Laser Assisted Microtechnology, Springer, Berlin, Heidelberg (1994).

121. E. G. Gamaly, A. V. Rode, and B. Luther-Davies, Ultrafast Ablation with High-Pulse-Rate Lasers. Part I: Theoretical Considerations, J. Appl. Phys., 85(8), 42134221 (1999).

122. B. Dam, N.J. Koeman, J.H. Rector, B. Stauble-Pumpin, U. Poppe, R. Griessen. Growth and etching phenomena on pulsed laser deposited УВагСизСЬ- films. Physica С 261 (1996) 1-11.

123. P. Mukherjee, J. B. Cuff and S. Witanachchi, Plume expansion and stoichiometry in the growth of multi-component thin films using dual-laser ablation, Applied Surface Science, 127-129, 620-625, 1998.

124. P.Schneider, G.Linker, R.Schneider, J.Reiner, J.Geerk. The effect of Y and Ba content on the properties of YBaCuO thin films // Physica C, 1996, V.266, N 3-4, pp.271-277.ж

125. В. Dam, J. Rector, J. Johansson, S. Kars, R. Griessen. Stoichiometric transfer of complex oxides by pulsed laser deposition, Appl. Surface Science 96-98 (1996) 679-684.

126. Linker, G., Xi, X. X., Meyer, O., Li, Q. and Geerk, J. Control of Growth Direction of Epitaxial YbaCuO Thin Films on SrTi03 Substrates. Solid State Commun. 69, 249-253 (1989).

127. W. Schauer, X. X. Xi, V. Windte, O. Meyer, G. Linker, Q. Li, and J. Geerk, Growth Quality and Critical Current Density of Sputtered YBaCuO Thin Films, Cryogenics 30, 586-592 (1990).

128. V. C. Matijasevic, B. Ilge, B. Stauble-Ptimpin, G. Rietveld, F. Tuinstra, and J. E. Mooij. Nucleation of a Complex Oxide during Epitaxial Film Growth: SmBa2Cu30 у on SrTi03. Physical Review Letters, 1996, vol. 76, No. 25, pp. 4765-4768.

129. Li X.M., Chou Y.T., Hu Y.H. et al. Cation interdiffiision between thick YBa2Cu307-x and ceramic substrate. J. Mater. Sci., 1991, vol 26, No. 11, pp.30573061.

130. Нечипоренко И.Н. Особенности образования неоднородных состояний^ ВТСП. Сверхпроводимость: физика, химия. Техника, 1994, *г.7, №1, с. 12-21.

131. Kishio К., Suzuki К., Hasegawa Т. et al. Study of chemical diffusion of oxyggi in Ba2Ycu3Y7-QJ. of Solid State Chemistry, 1989, vol.82, pp. 192-202.

132. Buchgeister M., Herzog P., Hosseini S.M., et al. Oxygen evolution from ABa2Cu307-d high Tc superconductors with A=Yb, Er, Y, Gd, Eu, Sm, Nd^nd La. Physica C, 1991, vol. 178, pp. 105-109.

133. Yamamoto K., Lairson B.M., Bravman J.C., Geballe Т.Н. Oxidation kinetics of YBa2Cu307-x thin films in the presence of atomic oxygen and molecular oxygen by in-situ resistivity measurements. J. Appl. Phys., 1991, vol.69, No.10, pp.71897201.

134. Varlamov Yu.D., Bobrenok O.F., Predtechensky M.R. Study of oxygen exchange process in La-Sr-Cu-0 films at oxidation-reduction surface reactions. Sensors and Actuators B31, 1996, p.l 19-122.

135. Talvacchio J. Electrical contact to Superconductors. IEEE Trans, on Components, Hibrids and Manufacturing technology, 1989, vol. 12, N1, pp. 21 -31.

136. Павлюк Э.Г., Павловская М.В., Лоос Г.Д. Допустимые тепловые воздействия на пленки УВагСизО? в технологии контакта. Сверхпроводимость: Физика, химия, техника. 1992, т.5, №7, с Л 321 1324.

137. Ekin J.W., Panson A.J., Blankenship В.А. Method for making low-resistivity contacts to highTc superconductors. Appl. Phys.Lett., 1988, vol. 52, N4, pp.331323.

138. Hou B.-H., Yu S.-M. et al. Catalytic oxidation activities over high Tc superconducting oxides, Chinese Science Bulletin, 1991, vol.36, No. 12, pp.984-987.

139. E. Grantscharova, A.R. Raju and C.N.R. Rao Gas sensing characteristics of superconducting cuprates. Chem. Lett., 10 (1991) 1759-1762.

140. Kilner J.A., de Souza R.A., Fullatron I.C. Solid Stae Ionics, 1996, vol. 86-88, p. 703.

141. Steele B.C.H. Solid State Ionics, 1995, vol. 75, p. 157.

142. Zhang G.G., Fang Q.F., Wang X.P., Yi Z.G. Dielectric relaxation study of Pb|. xLaxMo04+<$ (x = 0-0.3) oxide-ion conductors. J. Phys.: Condens. Matter, 2003, vol. 15, pp.4135-4142.

143. Chen X., Wang S., Yang Y.L., Smith L., Wu N.J., Kim B.-I., Perry S.S., Jacobson A.J., Ignatiev A. Electrical relaxation studies of an epitaxial Lao5Sro.5CoO3.ij Ihin film. Solid state Ionics, 2002, 146, pp.405-413.

144. Clinton, T. W„ Smith, A. W., Li, Q., Peng, J. L., Greene, R. L„ Lobb, C. J., Eddy, M., Tsuei, С. C. Anisotropy, Pinning and the Mixed-State Hall Effect. Phys. Rev. В (Rapid Comm.) 52, 7046-7049 (1995).

145. Tozer S.W. et al. — Phys. Rev. Lett., 1987, v. 59, p. 1768.

146. Hagen S.J. et al. — Phys.Rev. B, 1988, v. 37, p. 7928.

147. Martin S. et al. — Phys. Rev. B, 1990, v. 41, No. 1, p. 846.

148. Бабаджанян lll.M., Зыбцев С.Г., Шефталь Р.Н. Анизотропия электросопротивления эпитаксиальных пленок YBa2Cu307-x, выращенных на (110) SrTi03. ВТСП, 1991, №1, с.47-51.

149. Костылев В.А. и др. — СФХТ, 1990, т. 3, № 11, с. 2544.

150. Копелевич Я.В., Леманов В.В., Сырников П.П. — Физика твердого тела, 1988, т. 30, №10, с. 3186—3188.

151. Варламов Ю.Д., Предтеченский M.P., Смаль А.Н., Турбин А.В., Ватник С.М. Анизотропные свойства YBaCuO пленок. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т.5, N 3, с. 498-504.

152. Chang С.С., Clausen Е., Venkatesan Т. et al. SEM and electrical studies of current indused superconducting-resistive transitions in YlBa2Cu307-x thin films, J. Mater. Research, 1990, Vol. 5, No. 4, pp. 691-703.

153. Frenkel A.,Chang C.C., Clausen E.et al — J. Mater. Res., 1990, v. 5, p. 691.

154. Гавриленко В.И., Короткое A.JI., Коснев В.Я. и др. — Письма в ЖТФ, 1989, т. 15, с. 83—86.

155. Варламов Ю.Д., Волков A.H., Предтеченский M.P., Смаль A.H., Турбин А.В. Использование режима тепловой неустойчивости YBaCuO п|Генок для регистрации оптического излучения. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т. 5, N 9, 1736-1745.

156. Бабаджанян Ш.М., Губанков В.Н., Зыбцев С.Г., Шахунов В.А., Шефталь Р.Н. Болометрический прием излучения с помощью эпитаксиальных пленок YBa2Cu307-x. ВТСП, 1991, вып. 1, с.85-88.

157. Goodrich L.F., Bray S.L. High Тс superconductors and critical current measurement, Cryogenics, 1990, vol. 30, pp.667-677.

158. Ma Q.Y., Schmidt M.T., Weinman L.S. et al. Characterization of bilayer-matal contacts to high Tc superconducting films. J. Vac. Sci. Technol. A, 1991, Vol.9, No.3, pt.l, pp.390-393.

159. Pendrick V., Brown R., Matey J.R. et al. Ex situ ohmic contacts on thin YlBa2Cu307-x. J. Appl. Phys., 1991, Vol.69, No. 11, pp.7927-7929.

160. Jia Q.X., Anderson W.A. Low resistance contacts to Y-Ba-Cu-O film, J. Phys, D, 1989, vol.22, no. 10, pp. 1565-1567.

161. Mizushima K., Kubo K., Kubota H. et al. Superconductivity and current-voltage characacteristic of YBCO/Ag/Pb junction. Phys. B, 1990, vol. 165/166, pt.2, pp.l 565-1566.

162. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Золкин А.С.Предтеченский М.Р., Смаль А.Н., Шухов Ю.Г., Турбин А.В. Низкоомные металлические контакты к YBaCuO пленке. Письма в ЖТФ, 1990, т. 16. вып.6, с. 76-79.

163. Iye Y., Tamegai Т., Takeya Н., Takei Н. A simple method for attaching electrical leads to small samples of high-Tc oxides. Jap.J.of Appl.Phys., 1988, vol.27, N3, pp.L658-660.

164. Proceedings of 32nd International Symposium on Microelectronics, October 26-28. 1999, Chicago Hilton&Towers, Chicago, Illinois, IMAPS-International Microelectronics and Packaging Society, 1999.

165. Hayes D. J., Wallace D. В., Boldman M. T. Picoliter solder droplet dispersion // Intern. J. Microcircuits Electr. Packaging. 1993. V. 16. P. 173-180.

166. RhoderickE. H., Williams R. H. Metal-Semiconductor Contacts, Publishers: Clarendon Press, Oxford, 2nd Edition, 1988.

167. Rideout V. L. A Review of the Theory and Technology for Ohmic Contacts to Group 1I1-V Compound Semiconductors, Solid State Electronics, 1975, vol. 18, pp. 541 -550.

168. Yamada H., Togasaki Т., Tateyama К., Higuchi К. Advanced Copper Column Based Solder Bump for Flip Chip Interconnection. Int. Journal of Microelectronics and Packaging Society, 1998, Vol. 21, Nol, pp.15-21.

169. Waldvogel J. M., Polikakos D. Solidification phenomena in picoliter size solder droplet dispersion on a composite substrate // Intern. J. Heat Mass Transfer. 1997. V. 40, N 2. P. 295-309.

170. D.J. Hayes, D.B. Wallace, M.T. Boldman, Picoliter solder droplet dispensing, in: Proceedings ISHM, 1992, pp. 316-321.

171. Yamamori H., Maezawa M., Shol A. Flip-Chip Bonding Technology using a Solder Bump Having a Low Melting Point. www.techno-qanda.net/dsweb/Get/Document-4339.

172. Jeffery M., Perold W., Van Duzer T. Superconducting Complementary Output Switching Logic Operating at 5 10 Gb/s. Appl. Phys. Lett., 1996, 69 (18), pp.27462748.

173. M. Rein, Phenomena of liquid drop impact on solid and liquid surfaces, Fluid Dynamics Research 12(1993)61-93.

174. S.D. Aziz, S. Chandra, Impact, recoil and=splashing of metal droplets, International Journal of Heat and Mass Transfer 43 (2000) 2841-2857.

175. S. Schiaffino, A.A. Sonin, Motion and freezing ^of molten contact line on cq£d surface: An experimental study, Physics of Fluids 9 (1997) 2217-2226.

176. S. Inada, W.J. Yang, Solidification of molten metal droplets impinging on a cold surface, Experimental Heat Transfer 7 (1994) 93-100.

177. M. Pasandideh-Fard, Y.M. Qiao, S. Chandra, J. Mostaghimi, Capillary effects during droplet impact on solid surface, Physics of Fluids 8 (1996) 650r659.

178. T. Watanabe, I. Kuribayashi, T. Honda, A. Kanazawa, Deformation and solidification of droplet on a cold substrate, Chemistry Engineering Science 47 (1992) 3059-3065.

179. Hilton&Towers, Chicago, Illinois, IMAPS-International Microelectronics and Packaging Society, 1999, pp. 166-171.

180. W.M. Grissom, F.A. Wierum, Liquid spray cooling of a heated surface, International Journal of Heat and Mass Transfer 24 (1981) 261-271.

181. M.R. Pais, L.C. Chow, E.T. Mahelskey, Surface roughness and its effects on the heat transfer mechanism in spray cooling, Journal of Heat Transfer 114 (1992) 211221.

182. I. O'Connor, Ultralow-density alloys, Mechanics and Engineering ASME 116 (1994)61-72.

183. H. Jones, Rapid Solidification of Metals and Alloys. Monograph 8, Institution of Metallurgists, London. 1982.

184. V.V. Sobolev, J.M. Guiicmany. Flattening of droplets and formation of splits in the thermal spraying: a review of recent work Part 1, Journal of Thermal Spray Technology 8 (1999) 87-101.

185. F. Gao, A.A. Sonin, Precise deposition of molten microdrops: the physics of digital microfabrication, in: Proceeding of Royal Society. London, 1994, Ser. A 444, pp. 533- 554.

186. Солоненко О.П., Алхимов А.П., Марусин В.В. и др. Высокоэнергетические процессы обработки материалов (ред. М.Ф.Жуков, В.М.Фомин). Новосибирск, Наука. Сиб. Изд. Фирма РАН, 2000.

187. Solonenko О.Р. State-of-the art of thermophysical fundamentals of plasma spraying. Thermal plasma and new materials technjlogy. Cambridge, Cambridge International Scientific Publishing, England, 1995, vol.2, pp. 7-96.

188. Solonenko O.P., Smirnov A.V., Ohmori A., Matsuno Sh. Deformation and solidification of melt microdroplets impinging on substrate. Theory and experiment. Proc. of the 14th Int. Thermal Spray Confi, 25-28 May, Kobe, Japan, 1995, pp.359364.

189. Slonenko O.P. Comparative analysis and testing of different theories characterizing diameter and thckness of plasma splits. Proc. of the 12th Int. Symp. on Plasma Chemistry, Minneappolis, USA, 1995, pp. 874-879.

190. Федорченко А. И. Гидродинамические и теплофизические особенности соударения капель расплава с твердыми поверхностями: Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук., Институт теплофизики СО РАН, Новосибирск, 2000.

191. F. Breech and L. Cross, Appl. Spect. 16, 59 (1962).

192. H. M. Smith and A. F. Turner, Appl. Opt. 4, 147 (1965).

193. D. Bauerle. Laser-Induced Formation and Surface Processing of High-Temperature Superconductors. Appl.Phys.1989, A48, pp.527-542.

194. O. Eryu, K.Murakami, and K. Masuda. Dynamics of laser-ablated particles from high Tc superconductor YBa2Cu3Oy. Appl. Phys. Lett. 54(26), 1989, pp.27162718.

195. M. Kanai, T. Kawai, and S .Kawai. Low-temperature formation of multilayqfced Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-0 thin films by successive deposition using laser ablation. Appl.Phys.lett. 54(18), 1989, pp.1802-1804.

196. S. Witanachchi, S. Patel, H.S. Kwok, and D.T. Shaw, As-deposited Y-Ba-Cu-O superconducting films on silicon at 400°C. Appl.Ph,ys.lett. 54(6), 1989, pp.578580. ,

197. C. Girault, D. Damiani, J. Aubreton, and A. Catherinot, Influence of oxygen pressure on the characteristics of the KrF-laser-induced plasma plume created above an YBaCuO superconducting target. Appl. Phys. Lett., 54(20), 1989, pp.2035-2037.

198. S. Ohya, K. Kobayashi, Y. Hirabayashi, Y. Kurihara and S. Karasawa, C-Axis Lattice Spacing Control of As-Grown Bi-Sr-Ca-Cu-O Thin Films by Single-Target Laser Ablation, JapJAppl.Phys., 1989, 28(6), pp.L978-L980.

199. P.V. Kolinsky, P. May, M.R. Harrison, P. Miller and D. Jedamzik, Substrate-temperature dependence of thin films of BiSrCaCuO deposited by the laser ablation method, Super. Sci. Technol., 1 (1989), pp.333-335.

200. L. Lynds, B.R. Weinberger, D.M. Potrepka, G.G. Peterson and M.P. Lindsay, High temperature superconducting thin films: the physics of pulsed laser ablation, Physica С 159,1989, pp.61-69.

201. Предтеченский M.P. Метод лазерного напыления в синтезе ВТСГ1 пленок. Автореферат на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Новосибирск, 1993.

202. Bulgakov A.V., Predtechensky M.R., Mayorov А.Р. Transport of neutral atoms, monoxides and clusters in the plume produced by laser ablation of YBaCuO in oxygen enviroment. Appl.Surf.Sci., 1996, 96-98, p. 159-163.

203. Predtechensky M.R., Mayorov A.P. Laser plasma expansion in oxygen at laser deposition: physics and theoretical model. Appl. Superconductivity, 1993, vol.1, No.10-12, pp.2011-2017.

204. Предтеченский M.P., Смаль A.H., Варламов Ю.Д., Майоров А.П. Роль условий разлета плазмы в методе лазерного напыления оксидных высокотемпературных сверхпроводящих пленок. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т.5, N 6, с. 1120-1124.

205. Predtechensky M.R., Tukhto О.М., Smar A.N., Vasil'eva I.G. Substrate size effect at off-axis laser deposition of multicomponent films. Appl. Surf. Sci., 1996, 96-98, p. 717-720.

206. Bulgakov A.V., Bulgakova N.M. Dynamics of laser-induced plume expansion into an ambient gas during film deposition, J. Phys. D: Appl. Phys., 1995, 28, 1710.

207. А. В. Булгаков, H. M. Булгакова. Тепловая модель импульсной лазерной абляции в условиях образования и нагрева плазмы, поглощающей излучение. Квантовая электроника, 1999, т. 27, No. 2, стр. 154-158.

208. N. M. Bulgakova, А. V. Bulgakov, О. F. Bobrenok, Double layer effects in laser-ablation plasma plumes, Phys. Rev. E, 2000, Vol. 62, No. 4, pp. 5624-5635.

209. A. Mogro-Campero, L.G. Turner, E.X. Hall, M.J.F. Garbauskas, and N. Xewis. Epitaxial growth and critical current density of thin films of УВагСизСЬ-х on LaA103 substrates. Appl. Phys. Lett. 54(26), 1989, pp.2719-2721.

210. R. Feenstra, L.A.J. Boatner, J.D. Budai, D.J.C. Christen, M.D. Galloway, and D.B. Poker, Epitaxial superconducting thin films of YBa2Cu307.x on KTa03 single crystals. Appl. Phys. Lett. 54(11), 1989, pp. 1063-1065.

211. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Предтеченский М.Р. Получение и свойства сверхпроводящих Y-Ba-Cu-O пленок на подложках из сапфйра. Новосибирск, 12 с. (Препринт / АН СССР Сиб. отд-ние, Институт теплофизики, N 190, 1988 г.).

212. Варламов Ю.Д., Врацких В.Ф., Предтеченский M.P., Корсунский В.М., Смаль А.Н., Смирнов С.Н. Эпитаксия Y-Ba-Cu-O пленок на сапфире. Сверхпроводимость:физика, химия, техника, 1990, т.З, N 10, с. 2328-2331.

213. Predtechensky M.R., Shukhov Yu.G., Smal' A.N., Turbin A.V., Varlamov Yu.D., Vratskikh V.F., Zolkin A.S. Contacts of very low resistivity to Y-Ba-Cu-0 thin films. Progress High-Temperature Superconductivity, 1990, v.22.

214. Мартовицкий В.П., Родин В.В. Моноклинизация решетки YBa2Cu307-x при эпитаксиальном росте пленок на (001) SrTi03. Краткие сообщения по физике, 1990, №2, с.9-11.

215. Варламов Ю.Д., Смаль А.Н., Смирнов С.Н., Турбин А.В., Предтеченский М.Р. Связь сверхпроводящих свойств и структурных особенностей гранулированных Y-Ba-Cu-O пленок .Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1990, т.З, с.461-468.

216. Предтеченский М.Р., Смаль А.Н., Варламов Ю.Д., Давыдов В.Ю. Рост и свойства YBaCuO пленок на подложках из сапфира. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1992, т. 5, N 11, с. 2126-2135.

217. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Smirnov S.N., Turbin A.V., Varlamov Yu.D. Correlation between critical parameters with orientation of superconducting Y-Ba-Cu-0 films // Progress High Temperature Superconductivity, 1990, v.22.

218. Vendik O. G., Vendik I. B. and Kaparkov D. I. Empirical model of the microwave properties of high-temperature superconductors. IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques, 1998, Vol. 46, No. 5, pp. 469-478.

219. Gleres G., Keblert J., Kroas В., et al. High-frequency characterization of YBa2Cu307.x thin films with coplanar resonators. Superconducting Science Technol., 1991, vol.4, pp.629-632.

220. Bao J.-S., Zhou S.-P. et al. Microwave properties of highly oriented superconducting thin films. J. of Superconductivity, 1991, vol. 4, N4, pp.253-257.

221. Miranda F.A., Gordon W.L., Bhasin K.B., Heinen V.O., Warner J.D. Microwave properties of YBa2Cu307.x high-transition-temperature superconducting thin films measured by the power transmission method. J.Appl.Phys., 1991, vol.70, N10, pp.5450-5462.

222. C. P. Bidinosti, W. N. Hardy, D. A. Bonn, and R. Liang, Magnetic field dependence of in YBaCuO: results as a function of temperature and field orientation, Phys. Rev. Lett., 1999, vol. 83, pp. 3277-3280.

223. Малахов B.B. и др. Журнал аналитической химии. 1992, т. 47, с. 484.

224. И.Г. Васильева, А.А. Власов, Я.Г. Гибнер, В.В.Малахов, ДАН РАН, 324 (1992) 596.

225. M.R. Predtechensky, O.M. Tukhto and Yu.D. Varlamov. Growth distinctions of GdBa2Cu307.x films on (1012) sapphire Applied Surface Science, 126 (1-2)^1998) pp. 136-140.

226. H.S.Newman, A.K.Singh, K.Sadanada and M. A. Imam, Appl .Phys. Lett., 54 (1989)389.

227. Makajima H,, Yamaguchi S., Iwasaki K. et al. — Appl. Phys. Lett., 1988, vol.53, № 15, p.1437.

228. Parrel D.W., Fang M.M., Bansal N.P. — Phys. Rev. В., 1989, vol.39, № 1, p.718.

229. Siegal M.P., Philips J.M., Hebard A.F. et al. Correlation of structural quality with superconducting behavior in epitaxial thin films of Ba2Ycu307-x on LaA103 (100). J. Appl. Phys. 70 (9) 1991 pp. 4982-4988.

230. D. Dimos, P. Chaudhari, J. Mannhart, and F. K. LeGou.es. Phys.Rev.Lett.61,219 (1988).

231. J. Mannhart, P. Chaudhari, D. Dimos, C.C. Tsuei and T.R. McGuire. Phys. Rev. Lett. 61(21), 2476(1988).

232. V.M. Pan, S.V.Gaponov, G.G. Kaminsky, D.V. Kusin, V.I. Matsui, V.G. Prohorov, M.D. Srikovsky and C.G. Tretiatchenko. Cryogenics. 29(3A), 392 (1989).

233. Harbermeier H.-U., Beddies G., Leibold В., Lu G., Wagner G. Y-Ba-Cu-O high temperature superconductot thin film preparation by pulsed laser deposition and RF sputtering: a comparative study. Physica C, 180 (1991) pp. 17-25.

234. Blank D.H., Adelerhof D.J., Flokstra J., Rogalla H. Parameter study in-situ grown superconducting YbaCuO thin films prepared by laser ablation. Physica C, 162-164 (1989) pp.125-126.

235. Ван Флек JI. Теоретическое и прикладное материаловедение. М.:Атомиздат. 1975.

236. М. Futamoto, Y. Honda. J. Japanese, of Appl. Phys. 27(1), 173 (1988).

237. Nieh C.W., Anthony L. et al. Appl., Phys. Lett., 56 (1990) 2138.

238. Takeno S., Nakamura S., Miura T. A structural study on the crystal regularity of YBa2Cu307-x thin films composed of several types of oriented domains. Physica C, 181 (1991) pp.143-148.

239. Streiffer S.K., Lairson B.M., Eom C.B. et al. Microstructure of ultrathin films of YBa2Cu307-x on MgO. Physical Review B, 1991, vol.43, N16, pp.13007-13018.

240. Norton G., Carter C.B. Physica С 172 (1990) 47.

241. Terashima Т., IijimaK., et al. Jpn. J. Appl. Phys., 28 (1989) L987.

242. Вороновский A.H., Дижур E.M., Ицкевич E.C. Влияние давления на критическую температуру пленок YbaCuO нанесенных на подложки из MgO и SrTi03. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1990, т.З, №1, с. 35-37.

243. Nix W.D. Metall. Trans. А 20, 2217 (1989).

244. Аюпов Б.М., Косцов Э.Г., Юшина И.В. Механические напряжения в структурах сегнетоэлектрическая пленка-монокристаллическая подложка Si. Автометрия, 1995, N 4, с. 55-59.

245. V. V. Bolotin. Stability Problems in Fracture Mechanics. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1996.

246. M. D. Droiy, M. D. Thouless, and A. G. Evans. On the decohesion of residually stressed thin films. Acta Metall., vol. 36, N8, pp. 2019 2028, 1988.

247. M. S. Ни, M. D. Thouless, and A.G. Evans. The decohesion of thin films from brittle substrates. Acta Metall., vol. 36, N5, pp. 1301 1307, 1988.

248. M. S. Hu, and A. G. Evans. The cracking and decohesion of thin films on ductile substrate. Acta Metall., vol. 37, N3, pp. 917 925, 1989.

249. Piel H., Mueller G. IEEE Trans. Magn., 1991, vol. 27, p. 854.

250. Pickering I.J., Thomas J.M. Quantitative studies of gas-solid reactions by powder X-ray diffraction: stoichiometric and catalytic conversion of CO to CO2 over > YBa2Cu306+x. J. Chem. Soc. Faraday trans., 1991, 87(18), pp. 3067-3075.

251. Бутурлин А.И., Габузян Т.А., Голованов H.A. и др. Газочувствительные датчики на основе металлооксидных полупроводников. Заруб. Электрон, техника, 1983, т. 10, с.3-29.

252. Первичные измерительные преобразователи в газоаналитическом # приборостроении: Сб. науч. тр. // ВНИИ аналит. приборЪстроения. Киев: ВНИМАЛ, 1988, 102 с.

253. Williams D.E., Moseley Р.Т. Progress in the development^solid state gas sensors. Measurement and control, 1988, vol.21, N2, pp.48-51.

254. Alder J.E. New sensor development. Anal. Proceeding, 1987, vol.24, N 4, pp.110112.

255. Lagois D.J., Gassensoren. Chemic Anlagen + Verfahren, 1989, Bd.22, N 10, pp.45-47.

256. Maclay G.J., Buttner W.J., Stetter J.R. Microfabricated amperometric gas sensors. IEEE Trans. Electron. Devices, 1988, vol.35, N 6, pp.793-799.

257. Мясников И.А., Сухарев В.Я., Куприянов Л.Ю., Завьялов С.А. Полупроводниковые сенсоры в физико-химических исследованиях. М.: Наука, 1991, 327 с.

258. Волькенштейн Ф.Ф. Электронные процессы на поверхности полупроводников при хемосорбации. М.: Наука, 1987, 345 с,

259. Киселев В.Ф., Крылов О.В. Электронные явления в адсорбции и катализе на полупроводниках и диэлектриках. М.: Наука, 1979, 390 с.

260. Моррисон С.Р. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир, 1982, 583 с.

261. Электронные явления на поверхности полупроводников / Под ред. В.И.Ляшенко, Киев: Наукова думка, 1968, 257 о.

262. Policrystalline and amorphous thin films and devices / Ed. L,Kasffierski. N.Y.: Acad, press, 1980, 273 p.

263. Gopel W. Progr. Surface Sci,, 1985, v.20fp.9-18.

264. Einzinyer R. // Appl. Phys, Surface Sci., 1978., v.l, p. 329-339.

265. Strassler S., Reis A., Wieser D. Polycryst. Semiconductors: Phys, prop, and Applications, Intern. Sch, Mater, Sci. and Technol / Ed, G. Harbeke: Verlag, 1985, 370p.

266. Марголис Л.Я. Окисление углеводородов на гетерогенных катализаторах, -М.: Химия, 1977, 328 с,

267. Голодец Г.И. Гетерогепно-каталитическое окисление органических веществ. -Киев: Наукова думка, 1978, 372 с.

268. Крылов О.В., Марголис Л.Я. Селективность парциального окисления углеводородов. В кн.: Парциальное окисление органических соединений.-М.: Наука, 1985 (Проблемы кинетики и катализа, т. 19), с.5-28.

269. Крылов О.В., Киселев В.Ф. Адсорбция и катализ на переходных металлах и их оксидах. М.: Химия, 1981, 286с.

270. Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов. М.: Мир, 1975, 396 с.

271. Физические свойства ВТСП. Справочное пособие под редакцией Буздина А.И., Мощалкова В.В., т.2, М.: ВНК "Базис", 1991, 297с.

272. Варламов Ю.Д., Васильев С.А., Смаль А.Н., Предтеченский М.Р. Наблюдение изотопического эффекта в YBaCuO пленках. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1989, т.2, N 10, с. 100-102.

273. Smal' A.N., Varlamov Yu.D., Vasil'ev S.A., Inyushkin A.N., Predtechensky M.R. Oxygen isotope effects in Y-Ba-Cu-O films obtained by laser deposition // Progress High Temperature Superconductivity, 1990, v.22.

274. Predtechensky M.R., Smal' A.N., Varlamov Yu.D. et al. Oxygen isotope effects in Y -Ba-Cu-0 thin films obtained by laser deposition. Proc. Intern.conf. on high temp.supercond., Beijing, 408 sept. 1989. Singapore, 1990, pp.385-387.

275. Leonidov I.A., Blinovskov Ya.N., Flayatau E.E. et al. Tramsport properties 4lnd defect structure of YBaCuO. Physica С, 158 (1089) pp.287-292.

276. Park S.I., Tsuei C.C., Tu K.N. Phys. Rev. В 37, 2305 (1988).

277. Physical properties of high temperature superconductors.il. Ed. D.M. Grinberg, Singapore, Word Scien Press, 1990.

278. Tu K.N., Yeh N.C., Park S.I., Tsuei C.C. Diffusion of oxygen in superconducting YBaCuO ceramic oxides. Physical Review B, 1989, vol.39, N1, pp.304-314.

279. Kuiper P., Kruizinga G., Ghijsen J. et al. X-ray absorption study of the О 2p hole consentration dependence on О stoichiometry in Yba2Cu30x. Physical Review B, 1988, vol.38, N10, pp.6483-6489.

280. Verweij H„ Bruggink W.H.M. J.Phys.Chem. solids 49,1063 (1988).

281. Verweij H. Solid State Commun. 64,1213 (1987).

282. Bakker H„ Westerveld J.P.A., Lo Cascio D.M.R., Welch D.O. Theoiy of oxygen content, ordering and kinetics in 1,2,3 high temperature superconductors. Physica C, 157(1989), pp.25-36.

283. Xie X.M., Chen T.G., Wu Z.L. Oxygen diffusion in the superconducting Yba2Cu307-x. Physical Review B, 1989, vol.40, N7.

284. Третьяков Ю.Д. Химия нестехтометрических окислов. М.: Изд. МГУ, 1974, 363с.

285. Райченко А.И. математическая теория диффузии в приложениях. Киев, Наукова Думка, 1981, 396с.

286. Кирьяков Н.В., Григорян Э.Я., Сихарулидзе Г.Г. и др. Исследование процессов газовыделения в ВТСП-керамике Y-Ba-Cu-O при вакуумной термообработке. Сверхпроводимость: физика, химия. Техника, 1990, т.З, №6, с.149-155.

287. Buchgeister М., HerzogP., Hosseini S.M. etal. Oxygen evolution from Aba2Cu3)7-x high-Tc superconductors with A=Yb, Er, Y, Gd, Eu, Sm, Nd and La. Physica C, 178 (1991) 105-109.

288. Семин B.B., Назаренко A.B., Хабвров С.Э. Термодесорбция кислорода из образцов сверхпроводящей керамики состава Yba2Cu307-x. Письма в ЖТФ, 19896 том. 15, вып.7. с.72-75.

289. Mesarwi A., Levenson L.L., Ignatiev A. Oxygen desorption from YBa2Cu307-x and Bi2CaSr2Cu208+x superconductors. J.Appl.phys. 1991, vol.70, N3, pp. 15911595.

290. Gallager P.K. Adv.Ceramics Mater. 2, 632 (1987).

291. T. Takahashi, F. Maeda. S. Hosoya and M. Sato, Jpn. J. Appl .Phys., 26 (1987) L349.

292. J.P. Burger, L. Leseuer, M. Nicolas et al., J. Phys., 48 (1987) 1419.

293. Rothman S.J., Routbort J.L., Baker J.E. Tracer diffusion of oxygen in RBa2Cu306+x . Phys. Rev. B, 1989, vol,40, N13, pp.8852-8860.

294. Brawner D.A., Wang Z.Z., Ong N.P. Diverging resistivity anisotropy with decreasing temperature in 60-K YBa2Cu307-y. Phys. Rev. B, 1989, v. 40, N13, pp. 9329-9332.

295. Forro L.et al. — Physica C, 1988, v. 153—155, p. 1357.

296. Буравов Л.И.и др. — Письма в ЖЭТФ, 1988, т. 47, вып. 1, с.50.

297. Макаренко И.Н. и др. — Письма в ЖЭТФ, 1988, т. 47, вып. 1, с. 52.

298. Linnikov L.Y.et al. —PhysicaC, 1988,v. 153-155, p. 1359.

299. Лавров A.H. Анизотропная проводимость и фазовые переходы в соединениях КВа2СизОб+х (R=Y, РЗМ). Автореферат на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Новосибирск, 1995.

300. Lavrov A.N., Kozeeva L.P. Influence of low-temperature oxygen rearrangement on the conductivity anisotropy in ТтВагСизОб+х single crystals. Phys.Lett.A, 1994, vol.194, pp.215-222.

301. Romanenko A.I., Kozeeva L.P. Temperature dependence of the resistivity anisotropy L.c(T)/nab(T) of the single crystals PrBa2Cu306 6. Physica C. 1997. vol.282-287., pp.1135-1136.

302. Jiang C. N., Baldwin A. R., Levin G. A., Stein Т., Almasan С. C., Gajewsk^D. A., Han S. H., Maple M. B. Phys. Rev. В 55 (1997) R3390.

303. Montgomery H.C. — J. Appl. Phys., 1971, v. 42, p. 2971.

304. Iye Y. — Physica B163,1990, p. 63—68.

305. Suzuki M. et al. —Japanese J. Appl. Phys., 1987, v. 26, № 11, p. L1921.

306. Enomoto Y. et al. —Physica В, 1987, v. 148, p. 408. «

307. Enomoto Y., Murakami Т.—Japanese J. Appl. Phys., 1987, v. 26, N7, p. L1248.

308. Куропятник И.Н., Лавров A.H., Наумов Н.Г., Разлевинская О.В., Кравченко B.C., Матизен Э.В. Распад фазы и сверхпроводимость в УВа^СцзОб +х При х>0.94. Сверхпроводимость: физика, химия, техника, 1995, т.8, N3.

309. Диковский В,Я., Лавров А.Н., Козеева Л.П., Матизен Э.В., Шелковников А.П. Письма в ЖЭТФ, 1996, 64, с.772.

310. Pumpin В. et al.—J. Less-Common Metals, 1990,v. 164 & 165, p. 994.

311. Ohkubo M.,Kachi Т., Hioki Т.—J. Appl. Phys., 1990, v. 68, №4, p. 1782.

312. Bucher В., Karpinski J.,Kaldis E.,Wachter P. — J. Less-Common Metals, 1990. v. 164 & 165, p. 20.

313. Narayan J. et al. —Appl.Phys.Lett., 1987,v.51, p.940.

314. Мартовицкий В.П., Родин В.В., Филипов Е.В. Рентгеновские методы решении проблем материаловедения пленок YBaCuO: Препринт 168. М., ФИАН, 1989, 26с.

315. Fiory А.Т., Martin S., Schneemeyer L.F. et al. Oxygen intercalation homogeneity and electrical transport in superconducting Ba2Ycu307-x crystals. Phys. Rev. B, 1988, v. 38, N10, pp. 7129-7132.

316. Leung M.,Broussard P.R., Claassen J.H. et al.—Appl.Phys.Lett. 1987,v.51,p.2046.

317. Forrester M.G., Gottlieb M., Gavaler J.R., Braginski A.I. — Appl. Phys. Lett., 1989, v. 53, p. 1332.

318. Enomoto Y. Murakami Т., Suzuki M. — Physica C, 1988. v. 153—155, p. 1592.

319. Аксаев Э.И. Гершензон E.M., Гершензон M.E, и др. — Письма в ЖТФ, 1989, т. 15. с. 88.

320. Кожевников И.Г., Новицкий JI.A. Теплофизические свойства материалов при низких температурах: справочник. — М.: Машиностроение, 1982, 328 с.

321. Семенов Н.Н. Тепловая теория горения и взрывов// Теория горения и взрыва. — М.: Наука, 1981, с. 33.

322. Гуревич ВЛ. Кинетика фононных систем. —М.: Наука, 1989,с. 130.

323. Anderson P.W. — Phys. Rev. Lett., 1962, v. 9, p. 309.

324. Anderson P.W., Kim Y.B. —Rev. Mod. Phys., 1964, v. 36, p. 39—49.

325. Yeshurun Y. Malozemoft A.P. — Phys. Rev. Lett., 1988, v. 60, p. 2202—2205.

326. CambellA.M., EvettsJ.E. —Adv. Phys., 1972, v. 21, p. 199^28.

327. Palstra T.T.M., Bazlogg В., Schneemeyer L.E., Waszczak J. V. — Phys. Rev. Lett., 1988, v. 61, p. 1662—1665.

328. Predtechensky M.R., Varlamov Yu.D., Ul'yankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N. Spreading and solidification of molten metal microdrops deposited on a substrate at moderate Weber numbers. J. Eng. Thermophys., 2002, Vol. 11, No. 1, P. 83-103.

329. Предтеченский M.P., Черепанов A.H., Попов B.H., Варламов Ю.Д. Исследование динамики соударения и кристаллизации жидкометаллической капли с многослойной подложкой // Журнал ПМТФ. 2002. - Т.43. - № 1, с.112-123.

330. Predtechensky M.R., Cherepanov A. N., Popov V.N.,Varlamov Yu.D. Crystallization dynamics of a liquid metal drop impinging onto a multilayered substrate. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2002, vol. 43, No. l,pp. 93-102.

331. A.M. Worthington, On the forms assumed by drops of liquids falling vertically on a horizontal plate, in: Proceedings of Royal Society. London, 1887, 25, pp. 261-271.

332. W.M. Grissom, F.A. Wierum, Liquid spray cooling of a heated surface, International Journal of Heat and Mass Transfer 24 (1981) 261-271.

333. M.R. Pais, L.C. Chow, E.T. Mahelskey, Surface roughness and its effects on the heat transfer mechanism in spray cooling, Journal of Heat Transfer 114 (1992) 211221.

334. I. O'Connor, Ultralow-density alloys, Mechanics and Engineering ASME 116 (1994) 61-72.

335. H. Jones, Rapid Solidification of Metals and Alloys. Monograph 8, Institution of Metallurgists, London, 1982. ;

336. V.V. Sobolev, J.M. Guilemany, Flattening of droplets and formation of splats in the thermal spraying: a review of recent work Part 1, Journal of Thermal Spray Technology 8 (1999) 87-101.

337. B. Xiong, C.M. Megaridis, D. Poulikakos, H. Hoang, An Investigation of кф factors affecting solder microdroplet deposition, Journal of Heat Transfer 120 (1998) 259-270.

338. S. Schiaffino, A.A. Sonin, Molten droplet deposition and solidification at low Weber numbers, Physics of Fluids 9 (1997) 3172-3187.

339. Z. Zhao, D. Poulikakos, J. Fukai, Heat transfer and fluid dynamics during the collision of a liquid droplet on a substrate-II. Experiments, International Journal of Heat and Mass Transfer 39(1996) 2791 -2802.

340. H. Fujimoto, H. Shiraishi, N. Hatta, Evolution of liquid/solid contact area of a drop impinging on a solid surface, International Journal of Heat and Mass Transfer 43 (2000) 1673-1677.

341. L. Leger, J.F. Joanny, Liquid spreading, Report of Progress of Physics 55 (1992) 431.

342. L.M. Hocking, A.D. Rivers, The spreading of drop by capillaty action, Journal of Fluid Mechanics 121 (1982) 425-431.

343. J. Fukai, Z. Zhao, D. Poulikakos, C.M. Megaridis, O. Miyatake, Modeling of the deformation of a liquid droplet impinging upon a flat surface, Physics of Fluids A5 (1993) 2588-2599.

344. M. Pasandideh-Fard, R. Bhola, S. Chandra, J. Mostaghimi, Deposition of tin droplets on a steel plate: simulations and experiments, International Journal of Heat and Mass Transfer 41 (1998) 2929-2945.

345. Зиновьев B.E. Теплофизические свойства металлов и сплавов. Справочние, Москва, Металлургия, 1989.

346. D.R. Lide. ее!. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 75lh ed„ CRC Press, Cleveland. Oil, 1995.

347. E.P. Incropera, D.P. DeWitt, Fundamentals of heat and mass transfer (2nd Edn), John Wiley, New York, 1981.

348. G.F. Hewitt, G.L. Shires, T.R. Bott, Process heat transfer, CRC Press, Boca Raton, FL, 1994.

349. Thermal conductivity of solids, Handbook, A.S.Ohotin et al ed., Energiya, Moscow, 1984.

350. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Москва, Наука, 1969.

351. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск: Наука, 1970.

352. R. Clift, J.P. Grace, М.Е. Weber, Bubbles, Drops, and Particles, Academic Press, New York, 1978 pp. 187-188.

353. J.Madejski. Int. J. Heat Mass Transfer, 19 (1976), 1009-1013.

354. J.Madejski. Int. J. Heat Mass Transfer, 26 (1983), 1095-1098. H.Zhang. Int. J. Heat Mass Transfer, 42 (1999), 2499-2508

355. S.Chandra and C.T.Avedisian. Proc. R. Soc. Lond. A (1991), 432, 13-41.

356. N. Chvorinov, Krystalisace a nestejnorodost oceli, Nakladatelstve Ceskoslovenske Akademie Ved, Praga, 1954.

357. Jl.H. Максимов, A.H. Черепанов, Аналитическое исследование процесса затвердевания жидкого металла при непрерывном литье, Журнал прикладной механики и технической физики, 3 (1977), с. 115-123.

358. A.N. Cherepanov, V.N. Sharapov, N.G. Aprosimova, The dynamics of magma crystallization in intrusive processes, Modem Geology 10 (1986) 51-63.

359. Вейник А.И. Теория кристаллизации, Москва: Мащгиз, 1960.

360. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теории теплообмена. Москва: Энергия, 1977.