ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2013, № 3 · ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭЛЕКТРОНИКИ

Оптимизация приготовления сверхпроводящих эпитаксиальных YBa 2Cu 3O 7-x пленок как базовых электродов для джозефсоновских переходов

И.И. Гундарева1,2, В.Н. Губанков1, Ю.Я. Дивин1,2

1 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
2 Институт П. Грюнберга, Исследовательский центр г. Юлиха, ФРГ
Полный текст (PDF) УДК 53.043; 536.48; 621.382 EDN PZZJEB

Аннотация

Исследовалось влияние технологических параметров приготовления на электрические и структурные свойства эпитаксиальных пленок, полученных из высокотемпературного сверхпроводника YBa 2Cu 3O 7-x распылением и предназначенных для использования в качестве базовых электродов джозефсоновских переходов. Определены параметры химической и термической обработки NdGaO 3 подложек, позволяющие достигать высоких, до 5?10 6А/см 2 при температуре 78К, плотностей критических токов для с -ориентированных пленок с шириной в единицы микрометров. Для пленок с наклонными осями с получено, что критическая плотность тока пленок вдоль наклона уменьшается с понижением ширин до единиц микрон, а перпендикулярно наклону может достигать 1,3?10 7А/см 2. Форма вольт-амперных характеристик YBa 2Cu 3O 7- x пленок при токах выше критического I c хорошо описывается формулой V = a( I - I с ) b с величинами индексов b в диапазоне от 2 до 3 в зависимости от наклона оси с пленки и температуры отжига подложек в атмофере кислорода.

  • эпитакисиальные пленки
  • epitaxial thin films
  • высокотемпературная сверхпроводимость
  • джозефсоновские переходы
Abstract (in English)

Effects of technological parameters on electrical and structural properties of epitaxial YBa 2Cu 3O 7-x thin films have been studied. The YBa 2Cu 3O 7-x thin films were fabricated by dc sputtering and intended to be used as base electrodes of Josephson junctions. The parameters of chemical and thermal treatments of NdGaO 3 substrates were found, which guarantee the high, up to 5?10 6А/сm 2 at the temperature of 78K, values of the critical current densities for the c -axis YBa 2Cu 3O 7-x thin films with the widths of a few micrometers. In the case of the YBa 2Cu 3O 7-x films with tilted c -axes, the critical current density in the direction of the tilt decreased with a decrease of the film width and in perpendicular direction reached the values up 1.3?10 7А/см 2. Voltage-current characteristics of the YBa 2Cu 3O 7-x films above the critical currents I c were found to be good described by an equation V = a( I - I с ) b, where the b- indexes were ranging from 2 to 3 depending on the c -axis tilt and the temperature of substrate annealing in oxygen.

Для цитирования

Гундарева И.И., Губанков В.Н., Дивин Ю.Я. Оптимизация приготовления сверхпроводящих эпитаксиальных YBa 2Cu 3O 7-x пленок как базовых электродов для джозефсоновских переходов // Журнал радиоэлектроники. – 2013. – № 3.

Литература

  1. B.D. Josephson. Possible new effects in superconductive tunneling. // Phys. Lett., 1962, v.1, p.251-253.
  2. K.K. Лихарев, Б.Т. Ульрих. Системы с джозефсоновскими контактами // М.: МГУ.- 1978.
  3. D.L. Woolard, E.R. Brown, M. Pepper, M. Kemp. Terahertz Frequency Sensing and Imaging: A Time of Reckoning Future Applications?// Proc. IEEE, 2005, V.93.- No.10.-P.1726-1743.
  4. М. Tonouchi. Cutting-edge terahertz technology// Nature Photonics, 2007, v.1, p.97-105.
  5. Assessment of Millimeter-Wave and Terahertz Technology for Detection and Identification of Concealed Explosives and Weapons // Washington, D.C.: The National Academies Press, 2007, 88 pages. ISBN: 0-309-66849-2.
  6. G.W. Chantry, Submillimetre Spectroscopy // London: Academic Press, 1971.
  7. J.G. Bednorz, K.A. Müller. Possible high-Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-O system // Z. Phys. B: Condens.Matter., 1986, v.64, p.189-193.
  8. A. Damascelli, Z. Hussain, Z.-X. Shen. Angle-resolved photoemission studies of the cuprate superconductors // Rev. Mod. Phys., 2003, v.75, p.473-541.
  9. H. Hilgenkamp, J. Mannhart. Grain boundaries in high-Tc superconductors // Rev. Mod. Phys., 2002, v.74, p.485-549.
  10. Ю.Я. Дивин, И.М. Котелянский, В.Н. Губанков. Бикристаллические джозефсоновские переходы из с-ориентированных YBa2Cu3O7-x пленок для терагерцовой Гильберт-спектроскопии// Радиотехника и электроника, 2003, т.48, №10, c.1238-1249.
  11. Y.Y. Divin, U. Poppe, C.L. Jia, P.M. Shadrin, K. Urban. Structural and electrical properties of YBa2Cu3O7-x [100]-tilt grain boundary Josephson junctions with large IcRn-product on SrTiO3 bicrystals. // Physica C, 2002, v.372, p.115-118.
  12. Y. Divin, U. Poppe. Towards "ideal" high-Tc Josephson junction: [100]-tilt YBa2Cu3O7-x bicrystal boundary // Physics Procedia, 2012, v.36, pp.42 - 47.
  13. V. Leca. Heteroepitaxial growth of copper oxide superconductors by pulsed laser deposition. Ph.D. thesis University of Twente, Enschede, The Netherlands, 2003, ISBN 90-365-1928-4.
  14. U. Poppe, N. Klein, U. Dähne, H. Soltner, C.L. Jia, B. Kabius, K. Urban, A. Lubig, K. Schmidt, S. Hensen, S.Orbacn, G. Müller, H. Piel. Low-resistivity epitaxial YBa2Cu307 thin films with improved microstructure and reduced microwave losses. // J. Appl. Phys., 1992, v.71, p.5572-5578.
  15. Yu.Ya. Divin, U. Poppe, J.W. Seo, B. Kabius, K. Urban. Epitaxial YBa2Cu3O7-x thin films with tilted c-axis orientation // Physica C, 1994, v.235-240, p.675-676.
  16. P.B. Mozhaev, I.M. Kotelyanskii, V. A. Luzanov, J. E. Mozhaeva, T. Donchew, E. Mateev, T. Nurgaliev. I.K. Bdikin, B.Zh. Narymbetov. Morphology, structure and electrical properties of YBa2Cu3O7-x films on tilted NdGaO3 substrates, deposited by DC-sputtering// Physica C, 2005, v. 419, p. 53-60.
  17. R. Dirsyte, J. Schwarzkopf, G. Wagner, J. Lienemann, M. Busch, H. Winter, R. Fornari. Surface termination of the NdGaO3 (1 1 0)// Applied Surface Science, 2009, v.255, p.8685-8687.
  18. А.С. Афанасьев, В.Н. Губанков, Ю.Я. Дивин, П.М. Шадрин. Размерные эффекты в электропроводности тонкопленочных мостиков из высокотемпературных сверхпроводников. Письма в ЖЭТФ, 1989 т.49, вып.12, стр.674-677.
  19. L.F. Cohen, H.J. Jensen. Open questions in the magnetic behaviour of high-temperature superconductors. Rep. Prog. Phys., 1997, v.60, 1581-1672.