Способ изготовления перехода Джозефсона
Описание способа изготовления перехода Джозефсона и исследование по возможности улучшения его воспроизводимости и качества. Возможность управления параметрами процесса изготовления перехода с учетом характеристик высокотемпературного сверхпроводника.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.02.2019 |
| Размер файла | 99,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Способ изготовления перехода Джозефсона
А.П. Большаков, В.Н. Игумнов
Аннотация
В данной статье рассмотрен способ изготовления перехода Джозефсона и проведены исследования по возможности улучшения его воспроизводимости и качества.
Annotation
The article contains the way of manufacturing of Josephson junction and researches of possibility of improvement of its reproducibility and advanced of its quality.
Известны способы изготовления переходов Джозефсона в виде мостиков переменной толщины (МПТ), когда на диэлектрическую подложку наносят сверхпроводящую пленку, а на ней формируют электроды [1, с. 27]. Таким образом изготавливают переходы Джозефсона из низкотемпературных металлических сверхпроводников. Также известен способ изготовления перехода Джозефсона (МПТ), при котором на поверхность слоя высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП) наносят защитный слой металла (Ag, Au), где методом фотолитографии формируют окна. В эти окна внедряют примесь, угнетающую сверхпроводимость ВТСП слоя (например, Si). Реальная толщина сверхпроводника в этой области уменьшается и образуется МПТ обладающий эффектом Джозефсона [2].
Цели. Для получения качественных МПТ необходимо, чтобы тонкий участок мостика имел длину не более 80 нм и длина окна в защитном слое не может быть большей. Такое разрешение лежит на пределе возможностей электронно-лучевой проекционной литографии, т.е. недостаток известного способа заключается в его невысокой воспроизводимости. Кроме того, без учета свойств ВТСП и параметров ионной имплантации невозможно получить удовлетворительные параметры перехода Джозефсона. Примеры: недостаточная или избыточная толщина мостика, проникновение ионов имплантанта под защитный слой и т.д. Следовательно, необходимо повысить воспроизводимость и улучшить параметры перехода Джозефсона.
Задачи. Для достижения указанных целей, окна в защитном покрытии можно формировать с помощью иглы атомно-силового микроскопа на глубине окна 5-40 нм, длина 10-15 нм. Также цели можно достигнуть выбором условий ионной имплантации с учетом свойств и толщины слоя сверхпроводника, а также с учетом требуемой толщины перехода МПТ.
Математическое и аналитическое моделирование. Известна формула для проекции пробега иона RX, характеризующая глубину легирования [3] переход джозефсон высокотемпературный сверхпроводник
(1)
где NM - плотность атомов мишени;
Sn, Se - ядерная, электронная тормозная способность мишени;
Е - энергия иона в точке Х, расположенной на его пути.
В свою очередь ядерная тормозная способность
(2)
где ZU, ZM - атомные номера иона и атома мишени;
;
MU, MM - относительные молярные массы иона и материала мишени.
Электронная тормозная способность равна
Se=kE1/2 (3)
где k - коэффициент, зависящий от природы иона и материала мишени.
Для ионов, энергия которых составляет 1,2·10-14 Дж [2] электронной тормозной способностью можно пренебречь и выражение (1) записать в виде
(4)
Известно, что концентрация примеси на глубине X в мишени, легированной методом ионной имплантации подчиняется гауссовскому закону
(5)
где ДRX - среднеквадратичное отклонение от RX;
NS - поверхностная концентрация ионов имплантанта.
Для однократно ионизированных атомов можно записать
NS=Qобл/е=jt/e;(6)
где Qобл - доза облучения;
е - заряд электрона;
j - плотность ионного тока;
t - время имплантации.
С учетом (6) выражение (5) можно записать в виде
(7)
где dC - толщина пленки ВТСП;
hC - толщина мостика Джозефсона;
Из выражения (7) мы можем получить формулу для определения времени ионной имплантации конкретного ВТСП материала (MM ZM) и имплантанта (MU ZU) при данной толщине сверхпроводника dC и необходимой толщине мостика hC. Формула учитывает также плотность ионного тока j, концентрацию примеси, необходимую для подавления сверхпроводимости ВТСП Nкр и энергию ионов (4).
(8)
Для сложного материала ВТСП необходимо учитывать его стехиометрические коэффициенты Хi (AX, BX2, ..., DXi). Тогда эффективный заряд и масса ионов мишени будут равны соответственно
(9)
(10)
Выражения (9) и (10) подставляем в (4) и в итоге формула (8) принимает следующий вид:
(11)
где - эффективная проекция пробега иона, характеризующая глубину легирования;
-среднеквадратичное отклонение от .
На рис. 1 показан разрез исходного образца. На рис. 2 показан вид образца после обработки на атомно-силовом микроскопе. На рис. 3 показан процесс ионной имплантации примеси в ВТСП материал. На рис. 4 показан вариант с осажденной и внедренной примесью. На рис. 5 показан переход Джозефсона.
Рис. 1 и рис. 2
Рис. 3 и рис. 4
Рис. 5
Именно такой способ изготовления перехода Джозефсона позволяет обеспечить его требуемые параметры.
Переход Джозефсона может быть изготовлен, например, из пленки 1 ВТСП Bi2Ba2SrCu2O8 нанесенной на подложку 2 керамики MgO (10х10 мм). Толщина керамики 1 мм, толщина ВТСП покрытия 80 нм, металлического покрытия 3 40 нм (Ag). 4 -пленка Si, 5 - область ВТСП, легированная Si.
Выводы
Результатами являются следующие свойства и возможности:
· повышение воспроизводимости перехода;
· повторение параметров перехода;
· возможность влияния на параметры перехода;
· возможность управления параметрами процесса изготовления перехода с учетом характеристик ВТСП.
Список литературы
1. Интегральные схемы и микроэлектронные устройства на сверхпроводниках / В.Н. Алфеев и др. - М.: Радио и связь, 1985 -232 с.
2. Bi-Sr-Ca-Cu-O intrinsic Josephson junctions fabricated by inhibitory ion implantation. K. Nakajima, N. Yamada, et al. IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 9, NO. 2, JUNE 1999. p. 4515-4518
3. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА - М.: ВШ, 1987 - 376 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание технологии изготовления электронно-дырочного перехода. Классификация разработанного электронно-дырочного перехода по граничной частоте и рассеиваемой мощности. Изучение основных особенностей использования диодных структур в интегральных схемах.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 14.11.2017Понятие p-n перехода и методы его создания. Резкие и плавные p-n переходы, их зонные диаграммы. Зонная диаграмма несимметричного p-n перехода. Потенциальный барьер и распределение контактного потенциала. Методика расчета вольт-амперной характеристики.
курсовая работа [566,6 K], добавлен 19.12.2011Описание технологии изготовления учебного макета проводки с учетом планировки квартиры. Изучение аналогов. Требования к конструкции. Выбор материала и технологии изготовления схемы проводки. Поэтапное планирование изготовления макета, его характеристики.
творческая работа [518,0 K], добавлен 02.12.2016Теоретические сведения о свойствах полупроводников. Предоставление энергетических диаграмм p-n перехода в условиях равновесия. Получение вольтамперной и вольтфарадной характеристик по заданным значениям напряжения и тока. Расчет концентрации примеси.
лабораторная работа [141,4 K], добавлен 21.01.2011Понятие и содержание процесса фазового перехода первого рода как изменения агрегатного состояния вещества. Основные стадии данного перехода и его особенности, физическое обоснование и закономерности. Сущность теории Зельдовича. Бистабильная система.
презентация [199,0 K], добавлен 22.10.2013Жидкая и газообразная фазы вещества. Экспериментальное исследование Томаса Эндрюса фазового перехода двуокиси углерода. Взаимодействие молекул друг с другом и давление фазового перехода. Непрерывность газообразного и жидкого состояния вещества.
презентация [306,3 K], добавлен 23.04.2013Математическое толкование симметрийно-физического перехода. Построение математической модели безвихревой электродинамики. Уравнения электромеханической связи. Уравнение симметрийно-физического перехода в электромагнитных явлениях.
статья [94,3 K], добавлен 29.10.2006Назначение и описание конструкции трехфазного асинхронного двигателя. Разработка технологического процесса изготовления статора, обоснование типа производства. Применяемые приспособления и нестандартное оборудование. Испытания статора двигателя.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 13.03.2013Статическая нагрузочная диаграмма электропривода. Определение мощности резания для каждого перехода, коэффициента загрузки, мощности на валу двигателя, мощности потерь в станке при холостом ходе. Расчет машинного (рабочего) времени для каждого перехода.
контрольная работа [130,5 K], добавлен 30.03.2011Физические основы фотоэлектрического метода, р-п перехода в полупроводниках. Диоды и триоды. Структура для термовольтаических преобразователей. Расчет распределения примеси при одностадийной и двухстадийная диффузии. Расчет глубины залегания р-п перехода.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 24.09.2010Выражение для емкости резкого p-n перехода в случае полностью ионизированных примесей. Определение величины его барьерной емкости. Расчет контактной разности потенциалов, толщины слоя объемного заряда. Величина собственной концентрации электронов и дырок.
курсовая работа [150,2 K], добавлен 16.11.2009Система изготовления острий (зондов). СТМ для сканирующих туннельных микроскопов как прецизионный инструмент для изготовления острий (зондов) из вольфрамовой проволоки методом электрохимического травления. Конструкция СТМ, режимы и порядок работы.
презентация [13,3 M], добавлен 19.02.2016Роль кристаллохимических параметров высокотемпературных сверхпроводников в повышении температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Взаимосвязь между кристаллохимическими параметрами и сверхпроводящим состоянием для таллиевой керамики, влияние фтора.
реферат [1,5 M], добавлен 25.06.2010Создание обзора по методам изготовления планарных интегрально-оптических волноводов в подложках. Кристаллохимическое описание стекол. Методы получения планарных волноводов методами диффузии. Параметры диффузантов используемых при изготовлении волноводов.
курсовая работа [711,5 K], добавлен 20.11.2012Основные элементы котла: барабан, трубы и змеевики поверхностей нагрева. Выработка рекомендаций для разработки технологических процессов изготовления элементов котельного агрегата, обеспечивающих их надежную работу в условиях частой эксплуатации.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.12.2014Технология изготовления квантовых ям. Применение квантовых наноструктур в электронике. Квантовые нити, их изготовление. Особенности квантовых точек. Сверхрешётки: физические свойства; технология изготовления; энергетическая структура; применение.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 25.11.2010История открытия сверхпроводников, их классификация. Фазовый переход в сверхпроводящее состояние. Научные теории, описывающие это явление и опыты, его демонстрирующие. Эффект Джозефсона. Применение сверхпроводимости в ускорителях, медицине, на транспорте.
курсовая работа [77,2 K], добавлен 04.04.2014Квантование магнитного потока. Термодинамическая теория сверхпроводимости. Эффект Джозефсона как сверхпроводящее квантовое явление. Сверхпроводящие квантовые интерференционные детекторы, их применение. Прибор для измерения слабых магнитных полей.
контрольная работа [156,0 K], добавлен 09.02.2012Назначение, конструкция и принцип действия вакуумного выключателя ВВТЭ-10-10/630У2. Свойства и характеристики электротехнических материалов применяемых для изготовления аппарата. Преимущества вакуумных выключателей. Получение, марки и сплавы меди.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 25.05.2012Изучение свойств пористых материалов. Исследование изменения диэлектрических характеристик и температуры фазового перехода сегнетовой соли и триглицинсульфата, внедрённых в Al2O3. Получение оксидных плёнок с нанометровыми порами анодированием алюминия.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 28.09.2012
