- •В.Н. Игумнов Основы высокотемпературной криоэлектроники
- •Условные обозначения
- •Список сокращений
- •Предисловие
- •Введение
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Глава 1 сверхпроводимость
- •1.1. Нулевое сопротивление
- •Критические температуры некоторых сверхпроводников
- •1.2. Сверхпроводник в магнитном поле
- •Значения напряженности критического поля
- •1.3. Сверхпроводники второго рода. Вихри Абрикосова
- •Сверхпроводники второго рода
- •1.4. Энергетическая щель. Одночастичное туннелирование
- •Величина щели для различных сверхпроводников
- •1.5. Эффекты Джозефсона
- •Параметры слабосвязанных сверхпроводниковых структур, изготовленных методами интегральной технологии
- •1.6. Теория Бардина-Купера-Шриффера. Основные результаты
- •1.7. Особенности высокотемпературной сверхпроводимости
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2 высокотемпературные сверхпроводники
- •2.1. Структура высокотемпературных сверхпроводников
- •Основные свойства некоторых втсп
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Синтез втсп материалов
- •Размеры частиц порошков, полученных разными методами
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Технология объемных сверхпроводников
- •2.3.1. Методы жидкофазного полученияBi-2212 сверхпроводников
- •Основные параметры расплавных методов и характеристики Bi-2212 [10]
- •2.3.2. Методы жидкофазного получения y-123 сверхпроводников
- •Основные параметры раслоенных методов и характеристики y-123
- •Контрольные вопросы
- •2.4. Технология пленочных сверхпроводников
- •2.4.1. Физические методы получения тонких пленок
- •2.4.2. Химические методы получения пленок и покрытий
- •2.4.3. Подложки. Буферные слои
- •Удельное сопротивление и тСпленокY-123
- •Контрольные вопросы
- •2.5. Основные свойства сверхпроводников
- •2.5.1. Переход металл-изолятор
- •2.5.2. Терморезистивные характеристики
- •2.5.3. Критический ток
- •2.5.4. Высокотемпературные сверхпроводники в магнитном поле
- •Результаты резистивных измерений в различных сверхпроводниках [5]
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3 устройства криоэлектроники
- •3.1. Пассивные сверхвысокочастотные устройства
- •3.1.1. Микрополосковые линии. Линии задержки
- •Зависимость ширины микрополоска от длины линии
- •Линии задержки
- •3.1.2. Фильтры
- •Полосовые фильтры
- •3.1.3. Резонаторы
- •3.1.4. Приборы наS–Nпереходах
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Болометры
- •Контрольные вопросы
- •3.3. Устройства на основе переходов Джозефсона
- •3.3.1. Джозефсоновские криотроны
- •3.3.2. Цифровые устройства на д-криотронах
- •3.3.3. Квантроны
- •3.3.4. Приемные устройства
- •3.3.5. Генераторы
- •Контрольные вопросы
- •3.4. Устройства на основе квантовых интерферометров
- •3.4.1. Сверхпроводящий квантовый интерферометр
- •3.4.2. Цифровые устройства на основе сквиДов
- •3.4.3. Магнитометры и градиентометры
- •3.4.4. Магнитометрические системы
- •Основные параметры ссм
- •Контрольные вопросы
- •3.5. Магнитные экраны
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4 лабораторный практикум
- •4.1. Синтез втсп материалов
- •Общие сведения
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.2. Получение и исследование тонкопленочных втсп элементов
- •Общие сведения
- •Характеристики распылительных систем
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.3. Получение и исследование колец-фрагментов магнитного экрана
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.4. Исследование свойств колец-фрагментов магнитного экрана
- •Общие сведения
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •4.5. Изготовление и исследование свойств магнитных экранов
- •Общие сведения
- •Задания
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Глава 1 16
- •Глава 2 50
- •Глава 3 107
- •Глава 4 165
Задания
1).Синтезируйте 2 грамма ВТСП соединения YBa2Cu3O7керамическим методом.
1.1. Рассчитайте, взвесьте и смешайте шихту для синтеза (Y2O3,BaO2,CuO).
1.2. Гомогенизируйте шихту в агатовой ступке, спрессуйте с помощью гидравлического пресса (Р=3 ГПа).
1.3. Обожгите прессовку в электропечи (850°С-24 ч , 950°C-2 ч).
1.4. Измельчите и перетрите образец в ступке.
1.5. Оцените гранулометрический состав порошка ВТСП с помощью метода оптической микроскопии.
1.6. Оцените содержание сверхпроводящей фазы.
2). Синтезируйте 2 грамма ВТСП соединения YBa2Cu3O7методом золь-гель.
2.1. Рассчитайте, взвесьте и растворите в дистиллированной воде исходные компоненты: Y(No3)3,Cu(CH3Co3)2,Ba(OH)2.
2.2. Слейте вместе первые два раствора и медленно прилейте смесь к третьему раствору.
2.3. Осажденный гель подвергните сублимационной сушке.
2.4. Обожгите полученный порошок (850ºС – 24 ч; 950ºС – 2 ч).
3). Составьте отчет, содержащий расчеты составов шихты, оценку гранулометрических составов, оценку содержания сверхпроводящей фазы.
Контрольные вопросы
Охарактеризуйте свойства основных материалов ВТСП.
Охарактеризуйте разные методы синтеза ВТСП.
Объясните понятие золь, гель.
Как определить содержание сверхпроводящей фазы ВТСП?
Каковы методы определения гранулометрических составов порошков?
Опишите химические реакции синтеза Y-123.
Опишите химические реакции синтеза Bi-2212.
Охарактеризовать инконгруэнтное плавление ВТСП.
Назовите и охарактеризуйте технологические факторы в процессе керамического синтеза ВТСП.
Литература
1. Химия
2. Поляков А.А. Технология керамических радиоэлектронных материалов.- М.: Радио и связь, 1989-2000 г.г.
4.2. Получение и исследование тонкопленочных втсп элементов
Целью работыявляется изучение методов получения тонкопленочных ВТСП элементов, получение тонкопленочных элементов на различных подложках методом магнетронного распыления, определение толщины и температурных зависимостей сопротивления пленок.
Общие сведения
При получении тонких ВТСП пленокиспользуют различные методы, условия, разделяемые на физические и химические. Кхимическим методамотносятся: химическое осаждение из паровой фазы, термолиз карбоксилатов, золь-гель методы и другие. Для нужд электроники чаще используют физические методы: термовакуумное напыление, ионоплазменное распыление и т.д. Наиболее перспективным является методмагнетронного распыления. Он заключается в распылении мишени (исходного материала) с помощью ионов газоразрядной плазмы в скрещенных электрическом и магнитном полях. Сочетая преимущества термовакуумного и ионоплазменного методов, метод магнетронного распыления легко поддается автоматизации. Кроме того, в этом случае можно совместить такие особенности ионного распыления, использование ВЧ поля и реактивных газов, позволяющие получать ВТСП покрытия без дополнительного фазообразования в кислородосодержащей среде.
Магнетронная системасостоит из кольцевого анода и мишени-катода, между которыми создается разность потенциалов (рис. 4.1). Под катодом располагается магнитный блок, создающий под поверхностью мишени магнитное поле (0,02-0,05 Тл). В процессе работы магнетрона в прикатодной окиси образуется зона скрещенных магнитного и электрических полей. Находящиеся там электроны под действием этих полей совершают сложные движения, ионизирующие газ.
Рис. 4.1. Магнетронная система
В результате возникнет разряд и над поверхностью катода образуется торообразная зона плазмы. Положительные ионы бомбардируют и распыляют поверхность мишени. Частицы мишени осаждаются в виде пленки на подложке.
Процесс магнетронного распыления определяется следующими параметрами: энергией, массой ионов, концентрацией рабочего газа, химическим составом и плотностью распыляемого материала. В табл. 4.1 приведены основные характеристики метода магнетронного распыления в сравнении с диодным и триодным методами.
Таблица 4.1