ИСТИНА

Метод химического осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD) является одной из перспективных технологий получения ВТСП проводов 2-ого поколения, представляющих собой пленку сверхпроводника YBa2Cu3O7-x (YBCO) на металлической ленте, покрытой системой оксидных буферных слоев. В отличие от физических методов осаждения (лазерная абляция, молекулярно-лучевая эпитаксия и магнетронное распыление) метод MOCVD не требует создания высоковакуумных условий и является гораздо менее энергоемким. Эти факторы существенным образом уменьшают стоимость ВТСП-ленты, полученной с использованием CVD-технологии для нанесения буферных слоев и сверхпроводящего слоя. Весьма перспективным оксидным материалом, способным выступать в качестве буферного слоя, является YSZ (ZrO2, стабилизированный Y2O3), способный образовывать эпитаксиальные пленки на текстурированных подложках. Его кубическая элементарная ячейка имеет хорошее эпитаксиальное соотношение с Y2O3, на котором, в свою очередь, в дальнейшем образует эпитаксиальные пленки сверхпроводник YBCO. Нанесение YSZ непосредственно на металлическую ленту оказывается невозможным по причине окисления поверхности металла, приводящего к нарушению текстуры пленки. Для решения данной проблемы использовался затравочный буферный слой MgO, защищающий подложку от окисления. Ленты из сплава Hastelloy не являются ориентированными, и пленка MgO в данном случае играет роль слоя, в котором формируется текстура в процессе его осаждения по технологии IBAD. В ходе работы были проведены эксперименты по химическому осаждению из газовой фазы тонких пленок YSZ на металлические ленты Ni(Cr, W) с эпитаксиальным слоем MgO и ленты на основе сплава Hastelloy со слоем IBAD MgO. Полученные образцы пленок YSZ были проанализированы с помощью рентгено-дифракционного анализа (2θ/ω-сканирование, φ-сканирование) и атомно-силовой микроскопии. Была исследована зависимость текстуры получаемых пленок от их толщины. С увеличением толщины пленки увеличивается процент зерен требуемой (001)-ориентации YSZ. То есть по мере увеличения толщины пленки происходит постепенное вытеснение (111)-ориентации (002)-ориентацией, а после толщины приблизительно 30 нм происходит рост только (001)-ориентации YSZ. Также была исследована зависимость текстуры получаемых пленок YSZ от температуры и времени отжига ленты со слоем MgO, проводимого перед осаждением YSZ. В данном случае осаждался слой YSZ толщиной около 30 нм, при которой в отсутствие предварительного отжига подложки примесная (111)-ориентация еще составляет значительный процент. Положительное влияние отжига связано с очисткой поверхности MgO от образующихся за счет его взаимодействия с воздухом при хранении примесей карбоната и гидроксида магния. Данные примеси присутствуют в очень малом количестве, но локализованы на поверхности, а потому серьезно затрудняют эпитаксиальный рост оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Выяснено, что при увеличении температуры такого отжига возрастает доля (001)-ориентации YSZ при последующем нанесении этого слоя, а доля примесной (111)-ориентации YSZ уменьшается. Экспериментально установлено, что ток 20 - 21,2 А (Т ≈ 800оС) при отжиге в течение 15 минут является достаточным для обоих типов подложек: ленты на основе сплава Hastelloy со слоем IBAD MgO и ленты Ni (Cr, W) со слоем MgO. Это позволяет получить чистую (001)-ориентацию даже для крайне малых толщин пленок YSZ.