Сверхпроводящие пленки. Высокотемпературная сверхпроводимость

Кроме того, следует учитывать ориентирующее влияние кристаллической решетки подложки на кристалло-структуру пленки. Здесь уместен пример эпитаксиальных полупроводниковых пленок на монокристаллических подложках. При изменении режимов роста пленки (скорость осаждения, соотношение реагирующих компонентов, температура) степень ее совершенства может меняться от монокристалла (с большей или меньшей степенью дефектности) до поликристаллического и даже аморфного состояния.

Все описанные эффекты в полной мере проявляются при изготовлении структур, состоящих из сверхпроводящей пленки на подложке. Поскольку работы в этом направлении начаты совсем недавно, пока трудно говорить об открытии фундаментальных закономерностей и разработке оптимальных технологий создания таких структур. Но уже в настоящее время получены пленки из высокотемпературных сверхпроводников с различной степенью структурного совершенства, на различных подложках с температурой сверхпроводящего перехода свыше 10 К. Очень большое влияние на параметры пленок оказывают не только скорость и режимы их нанесения, но и последующие термические обработки (длительность, температура отжига, газовое окружение, скорость охлаждения).

Весьма актуальна задача изготовления подобных пленочных структур на кремниевых подложках. Поскольку кремний в ближайшем будущем останется основным материалом интегральной электроники, то структура «пленка из высокотемпературного сверхпроводника - Si» исключительно перспективна для быстрого внедрения в производство интегральных схем с улучшенными параметрами и новых приборов с использованием всего арсенала уже отработанных технологических операций интегральной электроники, Такие структуры уже созданы, однако выявился ряд проблем. Одна из них — активное взаимодействие поверхности кремниевой подложки с кислородом, входящим в состав пленок. Показано, что сверхпроводящие свойства пленок очень чувствительны к содержанию в них кислорода, поэтому происходящая реакция пагубно сказывается на параметрах пленок. Для уменьшения ее влияния на поверхность Si наносят буферные диэлектрические или металлические слои. Ученые и технологи ищут их оптимальный состав, толщины и режимы нанесения.

Другая привлекательная сторона использования кремниевых подложек заключается в возможности изготовить на них методами планарной технологии встроенные в кристалл охлаждающие элементы. Их работа основана на эффекте Пельтье — охлаждении контакта двух проводящих твердых тел, имеющих разную работу выхода, при пропускании через контакт электрического тока. Таким образом, отпадает необходимость в использовании жидкого азота или других внешних охлаждающих устройств, и интегральная схема, сохранив малые габариты, сможет работать при комнатной температуре ее корпуса, а охлаждаться будут только необходимые участки подложки, термоизолироваиные от корпуса. Подобные охлаждающие элементы уже разработаны, а быстрые успехи в разработках методов синтеза высокотемпературных сверхпроводников позволяют ожидать в будущем новых, может быть, неожиданных результатов.