способ получения мишеней для осаждения втсп-пленок

Формула изобретения

1. Способ получения мишеней для осаждения ВТСП-пленок, заключающийся в том, что смешивают ингредиенты материала и производят прессование мишеней, отличающийся тем, что в качестве по крайней мере одного из ингредиентов выбирают фторид элемента, входящего в состав ВТСП-пленок, и производят импульсное прессование мишеней взрывом в интервале скоростей детонации (2 - 5)10³ м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов материала мишеней выбирают иттрий или редкоземельный элемент, фторид бария и фторид меди и смешивают их в количестве, мас.

Иттрий или редкоземельный элемент 4,8 23,0

Фторид бария 27,1 41,1

Фторид меди Остальное

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов материала мишеней выбирают фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента, фторид бария и медь и смешивают их в количестве, мас.

Фторид иттрия или Фторид редкоземельного элемента 11,7 35,8

Фторид бария 39,5 51,0

Медь Остальное

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов материала мишени выбирают фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента, фторид бария и фторид меди и смешивают их в количестве, мас.

Фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента 7,7 28,5

Фторид бария 26,3 38,5

Фторид меди Остальное

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов материала мишени выбирают висмут, фторид стронция, фторид кальция и медь и смешивают их в количестве, мас.

Висмут 44,8 52,3

Фторид стронция 22,5 32,3

Фторид кальция 7,0 9,2

Медь Остальное

6. Способ по пп.1 5, отличающийся тем, что указанные ингредиенты материала мишени смешивают в количестве, мас.

Висмут 38,7 45,1

Фторид стронция 19,4 27,8

Фторид кальция 12,0 15,9

Медь Остальное

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов материала мишени выбирают висмут, фторид стронция, фторид кальция и фторид меди и смешивают их в количестве, мас.

Висмут 41,4 47,2

Фторид стронция 20,3 29,9

Фторид кальция 6,3 8,5

Фторид меди Остальное

8. Способ по пп.1 и 7, отличающийся тем, что указанные ингредиенты материала мишени смешивают в количестве, мас.

Висмут 35,0 39,6

Фторид стронция 17,0 25,2

Фторид кальция 10,5 14,4

Фторид меди Остальное

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов материала мишени выбирают фторид висмута, фторид стронция, фторид кальция и медь и смешивают их в количестве, мас.

Фторид висмута 50,8 58,3

Фторид стронция 19,7 28,8

Фторид кальция 6,1 8,2

Медь Остальное

10. Способ по пп.1 и 9, отличающийся тем, что указанные ингредиенты материала мишени смешивают в количестве, мас.

Фторид висмута 44,5 51,1

Фторид стронция 17,3 25,2

Фторид кальция 10,7 14,4

Медь Остальное

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингредиентов материала мишени выбирают фторид висмута, фторид стронция, фторид кальция и фторид меди и смешивают их в количестве, мас.

Фторид висмута 47,4 53,2

Фторид стронция 18,0 26,9

Фторид кальция 5,6 7,7

Фторид меди Остальное

12. Способ по пп. 1 и 11, отличающийся тем, что указанные ингредиенты материала мишени смешивают в количестве, мас.

Фторид висмута 40,4 45,4

Фторид стронция 15,3 23,0

Фторид кальция 9,5-13,1

Фторид меди Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электроники, в частности к технологии микроэлектроники, и может быть использовано при разработке технологических процессов изготовления сверхпроводящих микроэлектронных приборов.

Одним из способов получения ВТСП-пленок является распыление в вакууме объемных образцов (мишеней), содержащих, например, R, Ba, Cu (R-иттрий или редкоземельный элемент) или Bi, Sr, Ca, Cu и другие компоненты. В данном случае к объемным образцам предъявляются требования высокой химической однородности, высокой механической прочности, достаточно высокой плотности. Для удовлетворения этим требованиям при синтезе мишеней применяют, в частности, методы, используемые в технологии получения технической керамики.

Простейший способ получения керамических мишеней, содержащих R, Ba, Cu, в частности RBa₂Cu₃O₇, состоит в механическом смешении оксидов меди, редкоземельных элементов с карбонатами бария или стронция, последующих операциях обжига, чередующихся с промежуточными помолами [1] Температура и продолжительность обжига, число промежуточных помолов широко варьируются (температура от 80 до 1100^oC, время от 2 ч до нескольких суток, число помолов от 1 до 4).

Недостатком данного способа является то, что при синтезе фазы 123 для полного связывания BaCO₃ необходимо проведение длительного отжига при температуре более 900^oC. При этом происходит образование ряда промежуточных фаз, протекающих с различными скоростями, что приводит к нарушению однородности распределения компонентов, достигнутой на стадии смешения компонентов. Этот эффект усугубляется эвтектическим плавлением в системе BaCuO₂-CuO при 875^oC, которое вызывает сильную рекристаллизацию частиц через жидкую фазу.

Известен также способ синтеза объемного материала для последующего распыления и получения тонких ВТСП-пленок, в соответствии с которым смесь BaCO₃, R₂O и CuO подвергают длительному (>24 ч) обжигу при 850^oC, затем производят размол и нагрев с достаточно высокой скоростью до 950^oC, при которой делают выдержку около 2 ч [2] В другом случае смесь исходных реагентов сразу вносят в печь, нагретую до 950^oC, выдерживают в течение 2-6 ч, закаливают, измельчают, трижды повторяя эти операции.

Данному методу присущи недостатки термодинамического и кинетического характера, являющиеся причиной низкой воспроизводимости эксплуатационных свойств ВТСП-материала. Эти недостатки заключаются в значительных различиях термодинамических свойств индивидуальных оксидов и солей, а также в образовании промежуточных фаз, сегрегации компонентов, наличии реакционной поверхности раздела. Высокие температуры термического разложения карбонатов щелочно-земельных элементов (BaCO₃ разлагается при 1450^oC, CrCO₃ при 1350^oC) делают трудноосуществимым твердофазный синтез при относительно низших температурах. Например, для того, чтобы избежать инконгруэнтного плавления фазы YBa₂Cu₃O_7-б, в реакционной смеси нецелесообразно повышение температуры синтеза выше 975^oC, но при этом не достигается полного разложения карбонатов и в вышеуказанной керамике содержится до 4% BaCO₃. Резкие различия в температурах плавления индивидуальных оксидов в висмутосодержащих системах приводит к ступенчатому синтезу, первой стадией которого является взаимодействие оксида висмута с карбонатами стронция и кальция. Указанные недостатки данного способа получения объемных керамических мишеней при их распылении не позволяют получить качественных ВТСП-пленок.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения объемных образцов (мишеней) или осаждения ВТСП-пленок, в соответствии с которым в качестве ингредиентов материала мишеней выбирают BaO, BaO₂, SrO, SrO₂ [3]

Замена карбоната бария пероксидом позволяет повысить производительность процесса получения мишеней: если получение керамики состава YBa₂Cu₃O_7-б из оксидов иттрия, меди и карбоната бария проводят в течение 12 ч при 950^oC с несколькими промежуточными помолами, то при использовании пероксида в течение 2 ч без промежуточных помолов. Однако известный способ обладает рядом существенных недостатков. Используемые реактивы не имеют весовой формы вследствие неконтролируемого поглощения углекислого газа и воды. Весьма существенно также плавление при 450^oC BaO₂, взятого в качестве исходного реагента, или плавление при 408^oC Ba(OH)₂, образовавшегося в результате поглощения воды пероксидом. Это приводит к сегрегации бариевого компонента, а также к химической и гранулометрической неоднородности исходных порошков и, следовательно, к неоднородности свойств мишени по объему. Это снижает качество и воспроизводимость свойств ВТСП-пленок. Кроме того, наличие в технологическом цикле операции длительного термического отжига не позволяет существенно повысить производительность процесса получения мишеней.

Существенным недостатком всех технологических процессов получения ВТСП-пленок, основанных на использовании мишеней, содержащих кислород, является бомбардировка осаждаемой пленки частицами с высокой энергией, производящими нераспыление данной пленки. Это приводит к непрогнозируемому и неконтролируемому изменению химического состава наносимой пленки и ее электрофизических характеристик. Избежать указанного явления можно при использовании мишеней, не содержащих кислород.

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение производительности процесса и повышение качества получаемых мишеней и осаждаемых пленок.

Указанная задача достигается тем, что в качестве по крайней мере одного из ингредиентов материала мишени выбирают фторид элемента, входящего в состав ВТСП-пленок, и производят импульсное прессование мишеней взрывом в интервале скоростей детонации (2-5)10³ м/с. В качестве ингредиентов материала мишеней выбирают иттрий или редкоземельный элемент, фторид бария и фторид меди и смешивают их в количестве, мас.

Иттрий или редкоземельный элемент 4,8-23,0

Фторид бария 27,1-41,1

Фторид меди Остальное;

выбирают фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента, фторид бария и медь и смешивают их в количестве, мас.

Фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента 11,7-35,8

Фторид бария 39,5-51,0

Медь Остальное;

выбирают фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента, фторид бария и фторид меди и смешивают их в количестве, мас.

Фторид иттрий или фторид редкоземельного элемента 7,7-28,5

Фторид бария 26,3-38,5

Фторид меди Остальное;

выбирают висмут, фторид стронция, фторид кальция и медь и смешивают их в количестве, мас.

Висмут 44,8-52,3

Фторид стронция 22,5-32,3

Фторид кальция 7,0-9,2

Медь Остальное;

выбирают висмут, фторид стронция, фторид кальция и фторид меди и смешивают в количестве, мас.

Висмут 41,4-47,2

Фторид стронция 20,3-29,9

Фторид кальция 6,3-8,5

Фторид меди Остальное

или

Висмут 35,0-39,6

Фторид стронция 17,0-25,2

Фторид кальция 10,5-14,4

Фторид меди Остальное;

выбирают фторид висмута, фторид стронция, фторид кальция и медь и смешивают их в количестве, мас.

Фторид висмута 50,8-58,3

Фторид стронция 19,7-28,8

Фторид кальция 6,1-8,2

Медь Остальное

или

Фторид висмута 44,5-51,1

Фторид стронция 17,3-25,2

Фторид кальция 10,7-14,4

Медь Остальное;

выбирают фторид висмута, фторид стронция, фторид кальция и фторид меди и смешивают их в количестве, мас.

Фторид висмута 47,4-53,2

Фторид стронция 18,0-26,9

Фторид кальция 5,6-7,7

Фторид меди Остальное

или

Фторид висмута 40,4-45,4

Фторид стронция 15,3-23,0

Фторид кальция 9,5-13,1

Фторид меди Остальное

Авторы не обнаружили известные технические решения, содержащие совокупность отличительных признаков, представленных в предлагаемом решении.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что мишени для получения тонких ВТСП-пленок выполняют из фторидов элементов, входящих в состав ВТСП-материала пленки. Причем один или несколько ингредиентов выбирают в виде фторидов, а остальные компоненты материала мишени в виде чистых металлов. Изготовление данных мишеней производят импульсным прессованием. Использование фторидов (т.е. исключение соединений с кислородом), а также применение взрывного прессования (исключение сравнительно длительных процессов механического и термического нагружения) позволяет исключить нежелательные явления взаимодействия элементов, входящих в состав мишени.

Для получения мишеней используют, например, иттрий Y или редкоземельный элемент Ln, а также фторид иттрия YF₃ или фториды редкоземельных элементов LnF₃. Применение Y или Ln, YF₃ или LnF₃ не является альтернативным друг другу решением, т.к. в данном случае эти соединения проявляют идентичность свойств, а тонкие пленки соединений LnBa₂Cu₃O_7-б идентичны по свойствам и изоструктурны пленкам YBa₂Cu₃O_7-б.

Получение мишеней в соответствии с заявляемым способом осуществляют следующим образом. Предварительно смесь ингредиентов измельчают и гомогенизируют с помощью планетарной шаровой мельницы, например, САНД-1 с халцедоновыми размольными шарами или другим способом. Обработку в шаровой мельнице осуществляют в течение 6-8 ч при скорости вращения 340 об/мин. Затем измельченный порошок нагревают в сушильном шкафу до 4235 К при остаточном давлении 10² Па, выдерживают при этой температуре в течение 4 ч и охлаждают до 2985 К в вакууме. Оснастку для импульсного прессования мишеней выполняют, например, в виде нижнего и верхнего стальных пуансонов, между которыми размещают порошок мишени. Под нижним и над верхним пуансонами размещают железный порошок ПЖР. Взрывное прессование мишеней выполняют с применением в качестве энергоносителя зарядов бризантного взрывчатого вещества (например, аммонита N 6ЖВ) массой 2-7 кг, располагаемого сверху собранной оснастки. После обработки взрывом производят контроль пористости, а также визуальный контроль качества готовых мишеней.

Получение тонких ВТСП-пленок осуществляют, например, путем высокочастотного магнетронного распыления мишеней. При сравнительно большом содержании меди, когда мишени имеют достаточно малое электрическое сопротивление, используют метод магнетронного распыления на постоянном токе. Подложки для осаждения ВТСП-пленок используют из следующих материалов: MgO, SrTiO₃, Al₂O₃, ZrO₂, LiNBO₃, LaAlO₃, Si, Y₂BaCuO₅. Осаждение ВТСП-пленок осуществляют в аргоне при подаче ВЧ-колебаний мощностью 50-150 Вт, давление составляет (1,0-20)10^-3 мм рт.ст. температуру подложек выбирают в диапазоне 20-600^oC. В процессе распыления мишени R или RF₃, BaF₂, Cu или CuF₂, а также Bi или BiF₃, SrF₂, CaF₂, Cu или CuF₂ адсорбируются подложкой. Формирование сверхпроводящих фаз 123 (в случае ВТСП-пленок на основе редкоземельных элементов) или фаз 2212, 2223 (в случае висмутовых ВТСП-пленок) производят путем их отжига в атмосфере кислорода. Осуществляют стационарный отжиг при температуре 400-900^oC в течение 0,1-10 ч или импульсный фотонный отжиг при длительности импульсов 5-20 мс и плотности энергии 20-60 Дж/см² (ксеноновые источники излучения) и/или при длительности импульсов 0,1-240 с и плотности мощности 5-30 Вт/см² (галогенные источники излучения). Производят измерение температуры перехода ВТСП-пленки в сверхпроводящее состояние.

Выбор состава мишеней обусловлен следующими соображениями. Если мишени предназначены для получения ВТСП-пленок в условиях, обеспечивающих стехиометрическое соотношение (относительно низкая температура подложек, не превышающая 200^oC; достаточно большое расстояние между мишенью и подложкой, устраняющее процесс нераспыления пленки), соотношение между ингредиентами материала мишени выбирают следующим:

при изготовлении мишеней из R, BaF₂, CuF₂ ингредиенты смешивают в пропорции R: BaF₂:CuF₂=X:0,848:1 (по массе), где X равно: для Y 0,215; Cl 0,340; Nd 0,350; Pm 0,351; Sm 0,365; Eu - 0,368; Gd 0,381; Tb 0,385; Dy 0,394; Ho 0,400; Er 0,405; Tm 0,410; Yb 0,420; Lu 0,424 (что в процентном выражении имеет вид: иттрий или редкоземельный элемент 10,4-18,7 мас. фторид бария 41,1-37,3 мас. фторид меди остальное);

при изготовлении мишеней из RF₃, BaF₂, Cu ингредиенты смешивают в пропорции RF₃: BaF₂: Cu= X: 1,837:1 (по массе), где X равно: для YF₃ 0,766; ClF₃ 1,035; NdF₃ 1,056; PmF₃ 1,059; SmF₃ 1,089; EuF₃ 1,097; GdF₃ - 1,125; TbF₃ 1,133; DyF₃ 1,152; HoF₃ 1,165; ErF₃ 1,177; TmF₃ 1,186; YbF₃ 1,208; LuF₃ 1,218 (что в процентном выражении имеет вид: фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента 21,3-30,0 мас. фторид бария 51,0-45,3 мас. медь остальное);

при изготовлении мишеней из RF₃, BaF₂, CuF₂ ингредиенты смешивают в пропорции RF₃:BaF₂-CuF₂=X:0,848:1 (по массе), где X равно: для YF₃ 0,354; ClF₃ 0,473; NdF₃ 0,488; PmF₃ 0,489; SmF₃ 0,503; EuF₃ 0,507; GdF₃ - 0,519; TbF₃ 0,523; DyF₃ 0,532; HoF₃ 0,538; ErF₃ 0,544; TmF₃ 0,548; YbF₃ 0,558; LuF₃ 0,565 ( в процентном выражении это составляет: фторид иттрия или фторид редкоземельного элемента 16,1-23,4 мас. фторид бария 38,5-35,1 мас. фторид меди остальное);

при изготовлении мишеней из Bi, SrF₂, CaF₂, Cu для получения фазы 2212 ингредиенты смешивают в пропорции Bi:SrF₂:CaF₂:Cu=5,35:3,22:1,0:1,63 (по массе) (висмут 47,8 мас. фторид стронция 28,8 мас. фторид кальция 8,9 мас. медь остальное), а для получения фазы 2223 указанная пропорция равна Bi:SrF₂: CaF₂:Cu=2,68:1,61:1,0:1,22 (по массе) (висмут 41,2 мас. фторид стронция 24,7 мас. фторид кальция 15,4 мас. медь - остальное);

при изготовлении мишеней из Bi, SrF₂, CaF₂, CuF₂ для получения фазы 2212 ингредиенты смешивают в пропорции Bi:SrF₂:CaF₂:CuF₂=5,35:3,22:1,0:2,60 (по массе) (висмут - 44,0 мас. фторид стронция 26,5 мас. фторид кальция 8,2 мас. фторид меди остальное), а для получения фазы 2223 указанная пропорция равна Bi: SrF₂: CaF₂:CuF₂=2,68:1,61:1,0:1,95 (по массе) (висмут - 37,0 мас. фторид стронция 22,2 мас. фторид кальция 13,8 мас. фторид меди остальное);

при изготовлении мишеней из BiF₃, SrF₂, CaF₂, Cu для получения фазы 2212 ингредиенты смешивают в пропорции BiF₃:SrF₂:CaF₂:Cu=6,81:3,22:1:1,63 (по массе) (фторид висмута 53,8 мас. фторид стронция 25,4 мас. фторид кальция 7,9 мас. медь остальное), а для получения фазы 2223 указанная пропорция равна BiF₃:SrF₂:CaF₂:Cu=3,41:1,61:1:1,22 (по массе) (фторид висмута 47,1 мас. фторид стронция 22,2 мас. фторид кальция 13,8 мас. медь остальное);

при изготовлении мишеней из BiF₃, SrF₂, CaF₂, CuF₂ для получения в ВТСП-пленке фазы 2212 ингредиенты смешивают в пропорции BiF₃:SrF₂:CaF₂:CuF₂= 6,81: 3,22: 1:2,60 (по массе) (фторид висмута 50,0 мас. фторид стронция 23,6 мас. фторид кальция 7,3 мас. фторид меди остальное), а для получения фазы 2223 пропорция между ингредиентами равна BiF₃:SrF₂:CaF₂:CuF₂=3,41:1,61:1: 1,95 (по массе) (фторид висмута 42,8 мас. фторид стронция 20,2 мас. фторид кальция 12,5 мас. фторид меди остальное).

При небольших расстояниях между мишенью и подложкой происходит процесс нераспыления ВТСП-пленки, при этом в пленке наблюдается повышенное содержание редкоземельного элемента (в случае мишеней R+BaF₂+CuF₂, RF₃+BaF₂+Cu, RF₃+ BaF₂+CuF₂) вследствие того, что коэффициент нераспыления его ниже, чем для бария и меди. Увеличение температуры подложки в процессе осаждения ВТСП-пленки (до 400-800^oC) также приводит к уменьшению содержания бария и меди в пленке, что требует увеличения содержания фторида бария и меди (или фторида меди) в мишени. В этом случае мишень одновременно обогащают фторидом бария, увеличивая его содержание в мишени до 1,5 раза, и медью (или фторидом меди), увеличивая ее содержание до 3 раз. В случае осаждения ВТСП-пленок на подложки большой площади в областях, удаленных от зоны эрозии мишени, наблюдается обеднение пленки редкоземельным элементом, что требует в этом случае повышения содержания РЗЭ или фторида РЗЭ в материале мишени на 30% Учитывая указанные факторы, в случае мишени R+BaF₂+CuF₂, ингредиенты смешивают в концентрации, приведенной в табл. 1. В случае мишени RF₃+BaF₂+Cu смешивание ингредиентов производят в концентрации, приведенной в табл. 2. Для мишени RF₃+BaF₂+CuF₂ количество ингредиентов выбирают в соответствии с табл. 3.

В случае получения и отжига висмутсодержащих тонких ВТСП-пленок происходит обеднение пленки висмута по сравнению с содержанием его в материале мишени, причем содержание висмута уменьшается с повышением температуры подложки и при температуре 800^oC может составлять 70% Содержание меди в пленке уменьшается также, особенно при высоких температурах подложки, что обусловлено, например, взаимодействием меди с материалом подложки (наиболее интенсивное взаимодействие происходит с сапфиром). Уменьшение содержания меди происходит до 60% В меньшей степени изменяется содержание стронция (20% ) и кальция (10%), причем обеднение ими материала пленки обусловлено влиянием процесса нераспыления. С учетом вышеуказанных факторов содержание компонентов Bi(BiF₃) и Cu(CuF₂) в мишени может быть увеличено соответственно в 1,4 и 1,6 раз по сравнению с тем количеством, которое соответствует стехиометрическому составу. Количество SrF₂ и CaF₂ в мишени принимается увеличенным соответственно в 1,2 и 1,1 раз по сравнению со стехиометрическим составом. Процентное содержание (по массе) ингредиентов в материале мишени для случаев Bi(BiF₃)+SrF₂+CaF₂+Cu(CuF₂) произведено в табл. 4.

Диапазон скоростей детонации при прессовании мишеней, равный (2-5)10³ м/с, выбирают из следующих соображений. При скоростях детонации меньших 210³ м/с (что требует, например, при получении мишеней диаметром 931 мм, толщиной 30,5 мм и массой 400 г применения 2 кг аммонита N 6ЖВ) материал мишени крупнозернистый, рыхлый, мишени требуют длительного отжига.

Более того, развитая поверхность материала мишени способствует поглощению газа, что приводит к нарушению состава газовой атмосферы в процессе распыления мишени. Это снижает стабильность процесса осаждения ВТСП-пленок и ухудшает их параметры. Выбор скоростей детонации больших 510³ м/с (более 7 кг аммонита N 6ЖВ при прессовании мишеней с указанными параметрами) нецелесообразен, так как при этом требуется применение особопрочной и массивной оснастки для предотвращения ее коробления и механического разрушения в момент взрыва. В диапазоне скоростей детонации (2-5)10³ м/с мишени имеют мелкокристаллическую, плотноупакованную структуру, для получения качественных ВТСП-пленок не требуется высокотемпературный отжиг мишеней. Мишени, полученные при прессовании взрывом в указанном диапазоне скоростей детонации, слабо адсорбируют газы, что способствует стабилизации газовой атмосферы в процессе осаждения пленок и, следовательно, повышению качества технологического процесса.

Разработанный способ позволяет значительно повысить производительность процесса получения мишеней для осаждения ВТСП-пленок за счет уменьшения длительности прессования мишеней и исключения из технологического цикла операции отжига мишеней. Так, если при изготовлении мишеней из порошка RBa₂Cu₃O_7-б требуется высокотемпературный отжиг в течение 8 ч, после импульсного прессования мишени практически готовы к распылению (имеют достаточно высокую плотность, содержат в себе мало включений, не имеют больших механических напряжений, обладают большой механической прочностью, характеризуются высокой однородностью свойств по объему). Исключение операции отжига мишеней приводит к повышению производительности процесса в 5-7 раз.

Достоинства разработанного способа получения мишеней заключаются в повышении их плотности до 94-96% уменьшении пористости до 4-6% повышении однородности мишеней, воспроизводимости и повторяемости параметров тонких ВТСП-пленок, осаждаемых при распылении мишеней. Достоинство способа заключается также в том, что ни одно соединение, входящее в состав материала мишени, не содержит кислород, что исключает образование нежелательных фаз в процессе распыления мишеней.

Предлагаемый способ позволяет получать мишени, которые лишены недостатков, присущих образцам, получаемым известными методами: данные мишени очень слабо адсорбируют кислород и водяной пар, что характерно для известной системы RBa₂Cu₃O_7-б; фторидные мишени слабо реагируют с окружающей средой в отличие от известных мишеней из чистых металлов R, Ba, Cu. Тонкие пленки, полученные из указанных мишеней, стабильно переходят в сверхпроводящее состояние. Это, по-видимому, происходит вследствие того, что в тонких пленках меньше непрореагировавших реагентов, промежуточных и примесных фаз, сегрегирующихся на поверхности зерен. При этом устраняется одна из причин снижения сверхпроводящих свойств ослабление сверхпроводимости в местах контактов отдельных зерен. Это приводит также к тому, что снижается взаимодействие между пленкой и подложкой, что также повышает качество ВТСП-пленок.

Тонкие ВТСП-пленки, получаемые путем распыления разработанных мишеней, имеют зеркально гладкую поверхность, критический ток при использовании подложек SrTiO₃ превышает 10⁵ А/см² при 77 К, площадь покрытия не имеет принципиальных ограничений. Фторидные мишени могут применяться в случае планетарного вращения подложек в процессе осаждения ВТСП-пленок, что дополнительно способствует повышению однородности химического состава пленок по толщине и по площади образца. При этом возможно осаждение ВТСП-пленок на образцы сложной конфигурации.

Пример реализации предлагаемого способа. Получали мишени из фторида иттрия (фторида диспрозия, фторида лютеция), фторида бария и меди (фторида меди), а также из фторида висмута, фторида стронция, фторида кальция и меди (фторида меди). Для определения оптимального диапазона скоростей детонации данный параметр изменяли от 1,510³ до 610³ м/с через 110³ м/с (табл. 5). В оптимальной области (2-5)10³ м/с плотность мишеней YF₃+BaF₂+Cu и BiF₃+SrF₂+CaF₂+Cu составляла 89-95% пористость 5-11% При ВЧ-магнетронном распылении мишеней в процессе осаждения тонких пленок наблюдается устойчивое возбуждение плазменного облака, не происходит нагрев мишени до высокой температуры. В свою очередь это снижает процесс трещинообразования в материале мишени и позволяет использовать мишень в течение 160-200 ч и более. Высокая однородность свойств материала мишени по ее объему повышает стабильность параметров получаемых ВТСП-пленок: разброс значений температуры перехода данных пленок в сверхпроводящее состояние составляет 7-9% В данном случае из технологического процесса получения мишеней исключается операция отжига мишеней после прессования (например, для мишеней RBa₂Cu₃O_7-б эта операция длится 8 ч), что позволяет повысить производительность.

Тонкие пленки, полученные путем распыления фторидных мишеней, переходят в сверхпроводящее состояние при температуре выше температуры жидкого азота: на основе Y 88-92 К; Dy 90-95 К; Lu 90-94 К; Bi 78-82 К (с преобладающей фазой 2212) и 101-105 К (с преобладающей фазой 2223) (табл 6,7). Ширина перехода T_0,1-0,9 не превышает 5^o. В случае, когда количество компонента материала мишени выходит за границу оптимального диапазона, температура перехода снижается до 41-65 К пленки на основе Y; 48-62 К - пленки на основе Dy; 46-63 К пленки на основе Bi. Ширина перехода возрастает до 23^o.

О качестве тонких ВТСП-пленок судили также по результатам исследования процесса взаимодействия пленок и кремниевых подложек с использованием некогерентного электромагнитного излучения (галогенные источники). При использовании известного способа горячего прессования мишеней YBa₂Cu₃O_7-б взаимодействие осаждаемых пленок и кремниевых подложек типа КДБ-10 ориентации (100) начинается при длительности отжига 0,5-0,7 с и плотности мощности 15-20 Вт/см². Применение мишени YF₃+BaF₂+Cu для получения тонких ВТСП-пленок приводит к тому, что взаимодействие пленки с кремнием начинается при длительности отжига 2-6 с и плотности мощности 24-28 Вт/см². В случае использования мишеней DyF₃+BaF₂+Cu условия взаимодействия пленка-подложка следующие: 6-8 с; 25-29 Вт/см².

Разработанный способ получения мишеней для осаждения ВТСП-пленок планируется использовать в 1991-1992 г. при выполнении Республиканской научно-технической программы "Информатика".