Введение к работе
Актуальность проблемы. Лазерное испарение, изучаемое на протяжении более двадцати лет, стало полезным инструментом нанесения тонких оптических диэлектрических покрытий, эпитаксиальпых диэлектрических слоев. Плазма лазерного факела уже в течении ряда лет применяется при поверхностной обработке металлов и сплавов, что позволяет достигать термоупрочения поверхности,ИЗМЭР ния ее химичесг-ого состава.
С момента открытия несколько лет тому назад семейеть^ керамических оксидных материалов, обладающих свойством высокотемпературной сверхпроводимости с температурой перехода t
, сверхпроводящее состояние выше точки кипения жидкого азота, возникла новая волна , научного интереса,направленного на исследование возможности получения методом лазерного напыления тонких ВТСП пленок с высокими электрофизическими и структурными параметрами. Основная причина интенсивных научных исследований в этой области заключается в многочисленных возможных сферах применения тонких ВТСП пленок, обладающих в сравнении с объемными керамическими материалами более упорядоченной структурой, большей величиной критического тока.
Шибольшее внимание исследователей в настоящее врем:!
привлекает керамика 'состава Y-Ba-Cu-О ( 1-2-3 ), кмэющ&. температуру перехода в сверхпроводящее состояние 94 IL Хотг внемутовая и таллневая керамик'' имеют температуру перехода з сперхпроводлпее. состояние, превьпкашую рубек 100 к, они в процессе напыления образуют много различных $g.l с различной температурой перехода, что затрудняет получение однофазных ВТСП пленок с высокой температурой перехода и упорядоченной структурой. П.отность критического тока для пленок, напылскинх при исіюгизовзньи ігі'шеней из висмутовой л таллиевой газра.етс ноісг
4 -екачктельне уступает образцам,полученным при иапольеояении керамики состава 1-2-3.
ПОЛуЧвКИе ТОНКИХ ВТСП ПЛеНОК 1-2-3 С ЗЛеМеНТКЫМ QOQ'SBJIQV,
Оливки*; к составу исходной мишени, высокими {значениями, 'температуры перехода и плотностью критического тока, упорядоченной кристаллической решеткой,хорошей морфологией поверхности является достаточно сложной задачей, решение которой вряд ли ї'ОзійЖіс. бе? поникания соответствующих физических механизмов, -j.h'cci^i' ксторья позволило Оы оптимизировать процесс напыле.чия-
Дроцесс напыления ЗГСП пленок мокно условно разделит.* ка ;ov:;j этапов; процесс испарения материала мишенк , процесс его ?г,:.;'.вте. и конденсации, і роде дуру охлаждения напыленной пленки. Хзуч'гНК"- лакдого из процессов представляет определенны? ^л^жоогк.езнаанные с многокомпинентностью мишени иа керамику, І-И-Ъ. 'і',: непостоянными мьханичеекими vi теплофизичееккми езойства-ч:<: (плотность .уи1енек,«спс>льауемых для н&пыленмя, составляет.1 '5С-->'5% or рентгеновское ),взаимозависимостью отдельных сторон процессе--, напыления, іісж-го указать» например, на многосторонний рел^ кислороде при .напылении ВТСП пленок і-2-З. Кислород ке перекосится, ь полкой мере на подложу вместе с атомами металлов прк лазерной абляции мижкай 1-2-8, поэтому дли сохранений кисло-оодке*: с'л'ехк'ометри;': процесс напыления проводится в атмосфері-«слорс,за. 2тс с одной стороны обеспечивает введение ссответст-зужто количества кислорода э Напыляемую пленку , а с другой о^оронь" оказьзаеї влияние на разлет плазма лагерного факел?. К ого пространственную стехиометрию. Многосторонний! характер имеют физичзсхиг уехакизьи, приводящие к появление на клейках микро-чйсткі;,, с.тарстаенно ухудиащщ: дейэрхйоетйую морфологию пленок.
Не. сегодняшний день вйній*і атаЦой яселвдов&ииа процесса яадаизнкя ВТСП -илейок А-2-3 делается накопление
- Б -экспериментальных результатов, касающихся отдельных сторон роцесса лазерного напыления и установление взаимозависимости ;.;эжду ними,которое позволило бы в будущем создать строгую Математическую модель, процесса.
Целью ' настоящей р.-.^ты явилось экспериментальное
исследование лазерної ;> факела при напылении ВТСП
пленок, образ у.юг-і,?гооя г;;и абляции керамики 1-2-3 імпульсним лазерный излучением с ра^лн-и;.^ длительностью импульса и длиной
ОЛ4Ы.
р рпбо"" поставлена к f-eiiieuu следующие задачи: и-чуч>ачі'е иьтегралъ;шх спектральных характеристик плзямн лазерного фякела, ',озни.-";п::его при воздействии на керамику 1-2-3 лазерного излучения с различной длительностью импульса и длиной еп.пны при раз.гг'ннх давлениях кислорода в капылительной камере;
кзученле пространственно-временной эволюции плазмы лазерного факела ;і его различных компонент в зависимости от расстоянии до мишени,давления кислорода в напылигельной камере,длины волны излучения и длительности лазерного имлульп; ,
разработка способов получения ВТСП пленок при лазерном распылении мишэни 1-2-3 излучением е ра="гчной длительностью импульса и длиной волны,установление пза івисимостей мезду спектральными характеристиками „ зерного факела и параметрами напыляемых пленок;
-установление закономерностей,связывающих параметры лазерного излучения,параметры плазмы лазерного факела и характер морфологии поверхности мишени и пленок;
На защиту выносятся следующие положения: 1.. Экспериментальное определение интегральных спектральній параметров лазерного факела, созданного излучением лазеров различного типа. Экспериментальное д кдлательство образования
- В -
оксида Y0 при разлете лазерного факела в атмосфере кислорода.
2. Экспериментальное определение методом оптической
времяпролетной спектроскопии закономерностей проатранственно-
-временной эволюции Компонентов лазерного факела в влементарной
форме.
3. Экспериментальное доказательство сравнительно более
направленного разлета иттрия при напылении ВТСП пленок
излучением наносекундной длительности.
4. Экспериментальное определение зависимости
электрофизических параметров ВТСП пленок 1-2-3 от температуры
подложки во время напыления.
5. Определение закономерностей модификации поверхности
мишени при многократном лазерном облучении.
Научная новизна работы. В результате проведенных экспериментов определены интегральные спектральные характеристик лазерного факела в условиях Лазерного напыления ВТСП пленок в зависимости от расстояния до мишени, длительности импульса и длины волны излучения;определены пространственно-временные зависимости разлета компонентов лазерного факела,установлен отрыв эрозионной плазмы лазерного факела в процессе разлета от поверхности мишени; времяпролетными спектральными измерениями, исследованием элементного состава,температуры перехода в сверхпроводящее состояние напыленных-пленок установлен сравнительно более направленный характер переноса атомов иттрия на подложку в процессе напыления; установлены зависимость температуры перехода в сверхпроводящее состояние ВТСП пленок от температуры подложки в процессе напыления импульсным лазерным излучением,. выявлены преимущества Неодимового лазера с длительностью импульса 150 не по сравнению с неодимовым лазером с длительностью импульса 16 не; получены экспериментальные дока-
- ? -
зательства связи морфологии поверхности мишени и пленок,установлены закономерности модификации поверхности мишени при многократном лазерном облучении в процессе напыления ВТСП пленок.
Результаты работы,отраженные в защищаемых положениях и выводах, носят приоритетный характер и составляют научную новизну работы.
Научная и практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований важны для создания адекватной физической модели лазерного напыления.
Полученные данные о физических процессах, происходящих при разлете лазерного факела, модификации поверхности мишени в процессе лазерного напыления и связанным с ней изменением морфологии поверхности пленок позволяет наметить пути оптимизации процесса лазерного напыления. Предложенная методика обработки времяпролетных спектров делает возможным контроль за стехиометрией испаренного материала мишени в процессе напыления и может быть использована при выборе режима напыления, в том числе и новых ВТСП соединений.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладовались на III Всесоюзном совещании по высокотемпературной сверхпроводимости (Харьков, 1991), научных семинарах НИИЯТ. МГУ и опубликованы в четырех печатных работах.
Вклад автора. Изложенные в диссертации результаты . исследований получены лично автором или в соавторстве при непосредственном его участии.
