Предисловие

После открытия высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) в 1986 г. Г. Беднорцем и К. Миллером теоретические и практические работы в области криоэлектроники приобрели особую актуальность. Сверхпроводимость перешла из экзотической и труднодоступной области гелиевых температур в более дешевую и доступную область – область азотных температур. Действительно, создание и обслуживание температур порядка 77 К (жидкий азот) более дешево и менее сложно, чем создание и обслуживание криостатов с жидким гелием (4,2 К).

В связи с открытием ВТСП, получением ВТСП иттриевой, висмутовой, таллиевой керамики и достижением определенных успехов в области технологии ВТСП покрытий криоэлектроника получила новый импульс.

Низкотемпературная криоэлектроника на сегодняшний день – это область, имеющая достаточно высокий уровень теоретических и практических разработок как в плане цифровой, так и аналоговой аппаратуры. Ограничение составляет высокая стоимость и сложность создания и поддержания рабочих температур.

Высокотемпературная криоэлектроника сегодня сравнительно молода, и хотя здесь возможно преемственное использование результатов низкотемпературной области, необходимо учитывать особенности теоретического и практического планов.

Несмотря на большое количество публикаций по физике и технологии ВТСП материалов и структур, книги в этой области стали библиографической редкостью, а учебники отсутствуют совсем. Данное пособие является попыткой восполнить этот пробел.

Предлагаемое издание рассчитано на студентов, имеющих подготовку по общей физике, владеющих основными понятиями квантовой механики и статистической физики. Поскольку книга написана в первую очередь для студентов, обучающихся по направлению “Технология и проектирование электронных средств”, основное внимание в ней уделяется изучению вопросов проектирования и технологии. Главная цель пособия – дать представление об основных эффектах и явлениях в сверхпроводниках, на базе которых работают или могут быть созданы криоэлектронные устройства, описать современные технологии ВТСП материалов, изложить ваднейшие подходы к проектированию криоэлектронных устройств, как цифровых, так и аналоговых.

Первая глава пособия содержит сведения об эффектах и явлениях в сверхпроводниках и сверхпроводниковых структурах. В этой главе рассмотрена теория Бардина, Купера и Шриффера (теория БКШ). Уровень изложения позволит студентам понять и оценить рассматриваемые эффекты и явления. Здесь же проводится оценка применимости теории БКШ для ВТСП, рассмотрены отличия параметров в низко- и высокотемпературных сверхпроводниках.

Вторая глава посвящена свойствам и технологии получения ВТСП материалов. Рассмотрены методы получения монокристаллов, керамических образцов, а также различные методы получения толстых и тонких пленок. Представлены структура, электрические и магнитные свойства объемных ВТСП материалов и пленок.

В третьей главе исследуется применение СП эффектов и явлений. Рассмотрены логические и импульсные устройства на основе пленочных криотронов и эффектов Джозефсона, устройства памяти. Рассматриваются ВТСП квантовые интерферометры – СКВИДы и их применение. Здесь же описаны аналоговые ВТСП устройства: СВЧ резонаторы, приемники, болометры.

Четвертая глава представляет собой лабораторный практикум, где приводятся работы по изготовлению и исследованию параметров объемных и пленочных магнитных эффектов ВТСП материалов и элементов.

Пособие содержит также справочный материал, включающий параметры низкотемпературных и высокотемпературных сверхпроводников, контрольные вопросы для проверки знаний по каждому разделу, библиографический список, где достаточно полно представляется литература по изучаемым темам.

Автор с большой признательностью примет замечания и предложения по содержанию и оформлению книги, которые можно направлять по адресу 424000, г. Йошкар-Ола, пр. Ленина 3, МарГТУ, кафедра “Конструирование и производство радиоаппаратуры”.