Способ получения сверхпроводящих метастабильных фаз

Способ получения сверхпроводящих метастабильных фаз

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

аса сеееез, О П И С А И4™Й4в

ИЗОБРЕТЕН ИЯ ж ф 1433

eoIo3 Соввтскмн

СОцм&лмстммескин

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-вуl (22) Заявлено 23.07.76 (21) 2387526/18 25 (5l) М. Кл. с присоединением заявки № 2387535/25

Н 01 4 39/24

Государственный нвинтет

СССР

IN делам нэооретеннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 05.03,79.оюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 08.03.79 (53) УДК 621.326 (088.8) В. И. Петросян, О. И. Васин, С. И. Степин, П. А. Скрипкина и Н. Ф. Бондаренко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Институт физики полупроводников СО АН СССР (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯШИХ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ ФАЗ

Изобретение относится к области элек= тротехники и электроники, преимуществен -. но микроэлектроник@, и может быть исс пользовано для изготовления сверхпроводников и пленочных микросхем, в том числе криоэлектронных. 5

В современной микроэлектронике применяются слои элементов и соединений со структурой стабильных кристаллических модификаций. Однако, далеко не все вещества с нормальной кристаллической решеткой являются сверхпроводниками.

В то же время у многих этих веществ метастабильные структурные модифика-ции обладают сверхпроводимостью.

Для получения сверхпроводящих метастабильных фаэ используются высокие давления, благодаря чему получаемые ме тастабильные фазы принято называть фазами высокого давления. В этзм способе кристаллы с нормальной решеткой подвергаются действию давлений в десятки и сотни килобар. затем охлаждаются до температур, при которых некоторые метастабильные фазы сохраняются при атмосферном давлении, и давление снимается (lj.

Однако, способ с использованием высоких давлений непригоден для получения пленок метастабильных фаэ, пленочных структур и микросхем, а громоздкость оборудования, используемого в данном способе, делает его сложным и дорогостоящим.

Известен более простой и доступный способ получения метастабильных фаз, пригодный для получения слоев метастабильных фаз (2).

Способ заключается в том, что рост .г слоев проводят при температуре 300 К и выше со скоростью 0,2 - 0,8 мкм/с, превышающей скорость фазовмх переходов. В этих условиях проявляется новый механизм кристаллизации;. при быстрой конденсации структурные фазовые превращения запаздывают во времени и кристаллизация идет из аморфной фазы в конечную нормальную структуру через кристаллические метастабильные фазы (фазы высокого давления), Недостатками способа быстрой конден " саций являются кратковременность существования метастабильных фаэ (их время жизни не превышает 0,02 с) и отсутствие воэможности управления про должительностью времени жизни метастабильных фаз.

Цель предлагаемого изобретенияувеличение времени жизни метастабильных фаэ и управление его продолжительностью.

Она достигается тем, что рост слоев ведут при температурах ниже температуры перехода через метастабильные фазы в конечную структуру, затем изменяют температуру до величины, обеспечивающей переход в метастабильную фазу, после чего устанавливают температуру, обеспечивающую заданное время жизни метастабильной фазы, причем изменение велйчины температуры проводят в течение времени жизни метастабильной фазы.

Так как время жизни C определяет ся кинетикой процесса фазовых превраще. ний и связано по закону Аррениуса с температурой (Т) экспоненциально

А хр (/ ) где А, В - коэффициенты, то, изменяя температуру, время жизни, можно увеличивать и управлять его про- должительностью в широких пределах (от долей секунды до десятков и сотен лет). Таким образом, реализуются возможности существенного увеличения времени жизни метастабильных фаз и управления его продолжительностью.

Далее в заданное время производят нагрев слоев вьппе точки фазового перехода метастабильных фаз в конечную структуру. В этом диапазоне температур метастабильные фазы теряют свою устой-

4( чивость и превращаются в конечную структуру. Таким обрезом, реализуется возможность в течение заданного времени стабилизировать метастабильные фазы.

- Стимулирование указанных фазовых переходов находится вне зависимости от сюсоба энергетического воздействия и может быть вызвано омичееким нагревом. током, токами высокой частоты, облучением лучистой энергией и т. д.

Пример. Получение метастабильных фаз антимонида индия, висмута и сурьмы осуществляется испарением и конденсацией паров в вакууме на изолируюших подложках. Скорость конденсации (роста) слоев превышает скорость фазовых переходов и составляет 1 мкм/с.

Высокие скорости роста достигаются испарением порошкообразных порций вещества весом 25 мг из тантал-ниобиевого ленточно-шелевого испарителя путем его о разогрева до 1600 — 1800 С мощным импульсом тока (100 А) длительностью 1 - 2 с. Пленки имеют толщи о ну 500 — 1000 A.

Фазовые переходы регистрируются по электропроводности пленок, оптически, а также электронографически. Перед получением пленок на подложку наносятся металлические измерительные контакты, подложка укрепляется на охлаждаемом дер« жателе, контакты подсоединяются к измерительной схеме, о помощью которой ведется непрерывная запись проводимости пленок, в испаритель помещается навеска выбранного вещества, и система

-4 вакуумируется до 10 - 10 тор.

Затем подложка охлаждается до температуры 80 К, при которой заведомо конденсируются аморфные слои, и проводится напыление аморфной пленки. После- дующий нагрев пленки приводит к последовательности фазовых переходов: аморфная фаза - метастабильные фазы — конечная структура. В процессе температурных воздействий ведется запись проводимости пленки. Фазовые превращения сопровождаются большими (на несколько порядков) скачками проводимости плеинок, по которым определяются точки фазовых переходов. Для слоев антимонида индия температура переходов аморфной фазы в метастабильные и метастабильных фаз в конечную структуру соответственно равна Т„,„; — 205 К и Тцц = 240 К.

Аналогичным образом определяются точки фазовых переходов дая висмута и сурьмы. Температура переходов аморфной фазы в метастабильные и метастабильных s конечную структуру для этих веществ соответственно равна

Тд = 90 К и Т,„ = 270 К - для слоев висмута

Т, 115 К и Т „= 245 К вЂ” для слоев сурьмы.

После определения точек фазовых пе+ реходов проводятся повторные опыты по получению и стабилизации метастабильных фаз. Слои аморфных фаз получаются при любых температурах ниже точки

Т фазового перехода аморфной фазы в метастабильную. Далее, нагревом до температур, лежащих вуказашпщ выше гни каждого из веществ интервалах от точки Т „„ перехода аморфной фазы в метастаби .ьные до точки Т„„перехода метастабильных фаэ в конечную структуру, аморфные слои антимонида индии, висмута и сурьмы пре, вращаются в слои соответствующих метастабильных фаз антимонида индия, висмута или сурьмы. При конденсации выше точки

Т„также вначале образуются аморфные !6 слои,.но аморфная фаза спонтанно переходит в нестабильные фазы, которые по истечении времени жизни превращаются в конечную структуру. После образования нестабильных фаз изменением темпе- И ратуры выбирается заданное время жизни. Охлаждение метастабильных фаз до характерной для каждого вещества критической температуры Т приводит к возникновению сверхпроводимости. В данном 26 конкретном случае критическая температура сверхпроводящего перехода Т, =4,1 К что соответствует метастабильной фазе

Jn5b I с наибольшей критической температурой. В заданный момент времени пу- 25 тем нагрева выше указанного для каждого иэ веществ значения температуры Т перехода метастабильных фаэ в конечную структуру соответствующие метастабильные фазы в пленках антимонида индия, висмута и сурьмы разрушаются, и пленки переходят в конечные нормальные струк- туры.

Прецлагаемый способ получения кристаллических сверхпроводящих метастабиль ных фаз отличается простотой и экономичностью. Большие перепады в величинах электропроводности и, соответственно, оптических констант слоев при фазовых переходах, сверхпроводящие свойства метастабильных фаз и возможность их стабилизации на заданное время открывают новые пути к использованию слоев метастабильных фаз как сверхпроводников, так и элементов памяти и переключающих устройств, к созданию криоэлектронных приборов и микросхем на их основе, которые могут найти применение в электротехнической и электронной промышленности.

Формула изобретения

1. Способ получения сверхпроводящих метастабильных фаз из аморфных слоев, заключающийся в том, что рост слоев проводят-со скоростью, превышающей скорость фазовых переходов, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с пелью увеличения времени жизни метастабильных фаз и управления его продолжитель-ностью, рост слоев ведут при температу-рах ниже температуры перехода через метастабильные фазы в конечную структуру, затем изменяют температуру до величины, обеспечивающей переход в метастабильную фазу, после чего устанавливают температуру, обеспечивающую за- данное время жизни метастабилъной фазы, причем изменение величины температуры проводят в течение времени жизни метастабильной фазы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что рост слоев антимонида индия ведут при температурах ниже 240 К

3. Способ но и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что рост слоев висмута ведут при температурах ниже 270 К.

4.Способпоп. 1,отличаюшийся тем, что рост слоев сурьмы ведут при температурах ниже 245 К.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4.2сц.оеЫ A.Л.Libby W.F. ïäûãï А»»С»п»опте Ье Ме1аИ»с 1огп» сА Atmosp8ere Pressure, ÜñÀe»»ñå ì. И9- р-1101, 1 9 Ь .

2. Петросян В, И. и др. Особенности динамики фазовых превращений в условиях быстрой конденсации "Микроэпек гроника", Х 973, И 3, с. 265.

Составитель В. Кручинкинц

Редактор Б. Павлов Техред H. Асталощ - Корректор И. Ковальчук

Заказ 816/50 Тираж 922 Подписное

ПНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, -35; Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛЛ Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4