بخشی از مقاله
چکیده
لایه های نازک به روش افشانه ی داغ بر روی زیرلایه تک کریستال SrTi در دمای بالا ساخته شده اند. لایه نشانی توسط دستگاه ایربراش در دماهای زیرلایه 850، 890، 900 و 920℃ انجام گرفت. اثر دمای ساخت لایه، شرایط و زمان اکسیژن دهی بر روی دمای گذار و پهنای گذار نمونه ها مورد مطالعه قرار گرفت. نهایتاً لایه نازک ساخته شده در دمای 920℃ که به مدت 2 ساعت در دمای 525℃ تحت شار اکسیژن قرار گرفته بود بهترین نتیجه را داشت به طوری که گذار فاز در این نمونه در دمای 92 کلوین آغاز و دارای پهنای گذار 4/5 درجه ای بود و رفتار آن نیز در فاز هنجار فلزگونه بود. به منظور بررسی فاز و جهت گیری لایه، آنالیز پراش پرتو ایکس، بر روی بهترین نمونه انجام گرفت و مشاهده شد که ساختار در جهت محور c رشد کرده است و ساختار ریز لایه نیز، با تصویر برداری SEM بررسی گردید.
مقدمه
با کشف ابررساناهای دمای بالا - دمای گذار بالاتر از دمای نیتروژن مایع - تلاش و کوشش در مقیاس جهانی برای استفاده کاربردی از آن ها در ابعاد بزرگ مانند: کابل های قدرت الکتریکی ابررسانا، آهنرباهای میدان قوی، موتورها ، ادوات ذخیره سازی انرژی و ... آغاز شد. اما مدتی پس از کشف این مواد مشخص شد، که در عمل استفاده ی کاربردی از آن ها با مشکلاتی همراه است .[1] چراکه وجود مرزهای بین دانه ای با زاویه بزرگ، ناخالصی های درون دانه ای یا فازهای دوم، ترک های ریز ایجاد شده در حین چرخه های حرارتی ساخت و در نهایت تخلخل نمونه ها عبور ابرجریان را در آن ها با مشکل روبه رو می کند2]و.[3 از آنجا که چگالی جریان بحرانی به دست آمده برای لایه های نازک ابررسانای دمای بالا حتی به مقدار بیشتر از در دمای 77 کلوین و میدان مغناطیسی 10 تسلا نیز رسیده است، این امر توجه به استفاده ی کاربردی لایه های نازک ابررسانا را دوچندان می کند.
امروزه روش های گوناگونی برای تولید لایه های نازک ابررسانای دمای بالا نظیر رسوب به وسیله لیزر پالسی، کندوپاش، رسوب با باریکه الکترونی و ... وجود دارد اما این روش ها برای کاربردهای صنعتی مناسب نیستند. بنابراین انتخاب روش های ارزان تر که در آن ها نرخ رسوب بالا و استوکیومتری لایه ها نیز قابل کنترل باشد از اهمیت بالایی برخوردار است .[4] روش افشانه داغ یک تکنیک چند منظوره برای تولید لایه های چگال و متخلخل و ایجاد چند لایه ای ها است. این روش ساده و کم هزینه است و همچنین نیاز به قرص هدف با کیفیت بالا و سیستم خلاء ندارد. نرخ رسوب و ضخامت لایه ها نیز به سادگی با تغییر پارامتر های گوناگون قابل کنترل است .
[5] تولید لایه نازک در این روش شامل اسپری نمودن محلول نمک فلزی به سمت زیرلایه ی داغ است. در واقع محلول تبدیل به قطرات ریز می شود و این قطرات به سطح زیرلایه ی گرم می رسند و تحت تجزیه گرمایی قرار می گیرند. خواص لایه های تولید شده به نرخ اسپری، دمای زیرلایه، اتمسفر موجود، گاز حامل، اندازه قطره ها و نرخ سرد کردن پس از لایه نشانی بستگی دارد. شرایط رسوب ایده آل زمانی روی می دهد که هنگام نزدیک شدن قطره به زیرلایه، حلال کاملاً زدوده شده باشد 6]و.[7 کوپرات ابررسانای دمای بالای - YBCO - با دمای گذار 92 کلوین، ترکیب لایه ای ناهمسانگرد است و خواص آنها به ساختار بلوری و مقدار اکسیژن بسیار حساس است. از آنجا که بلوری شدن این ماده در دماهای بالا - حدود 600 تا - 950 ℃ انجام می گیرد، ساخت لایه های نازک باید در دماهای خیلی بالا - بیش از - 700 ℃ انجام پذیرد و یا حداقل باید عملیات حرارتی در حضور اکسیژن در دماهای بالایی صورت گیرد .[8]
برای جلوگیری از رسوب مس اضافی در ترکیب نهایی، محلولی با نسبت اتم های Y:Ba:Cu=1:2:0.5 و غلظت 0.03 مولار تهیه شد .[9] تک بلور SrTi به عنوان زیرلایه انتخاب شد. چیدمان مورد استفاده برای لایه نشانی در شکل - 1 - نشان داده شده است. شکل - 1 چیدمان مورد استفاده برای لایه نشانی: - 1 - کوره استوانه ای، - 2 - نگهدارنده نمونه، - 3 - لوله کوارتز، - 4 - المنت، - 5 - ایربراش، - 6 - کپسول آرگون، - 7 - کپسول اکسیژن، - 8 - کنترلر دما از گاز آرگون به عنوان گاز حامل استفاده شد و لایه نشانی توسط دستگاه ایربراش در فاصله ی 12 سانتیمتری از زیرلایه و در دماهای 850، 890، 900 و 920℃ انجام گرفت. پس از لایه نشانی، لایه ها در دمای ساختشان به مدت 30 دقیقه تحت شار اکسیژن قرار گرفتند و در نهایت تا دمای 525℃ با نرخ دو درجه سانتیگراد بر دقیقه سرد شدند و در این دما نیز به مدت یک ساعت اکسیژن دهی شدند.
نتایج و بحث
در شکل های 3 - و - 4 اثر دمای ساخت بر روی دمای گذار و پهنای گذار لایه ها دیده می شود. در نمونه ای که در دمای 850℃ ساخته شده گذار در دمای 82 کلوین آغاز شده و در سه نمونه بعدی شروع گذار در دمای 92 کلوین است و از آنجا که دمای ساخت بالا، نقش مهمی در بلوری شدن لایه ها دارد، به نظر می رسد در سه نمونه اخیر همین عامل سبب بهبود خاصیت ابررسانایی نمونه ها شده است. رفتار کلیه نمونه ها در فاز هنجار نیز، فلز گونه است.
