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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3331| Crecimiento de películas delgadas de nitruro de tántalo por ablación láser para su potencial uso en dispositivos superconductores Growth of tantalum nitride thin films by laser ablation for its potential use in superconducting devices | |
| Victor Manuel Quintanar Zamora | |
| Jesús Antonio Díaz Hernández | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Superconductividad; nitruro de tántalo; películas delgadas; ablación láser Superconductivity; tantalum nitride; thin films; laser ablation | |
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Los materiales superconductores que poseen una temperatura crítica TC por encima de 4.2 K (el punto de ebullición del He líquido) son atractivos para el desarrollo de la electrónica superconductora por razones de costo de operación, uno de estos materiales es el nitruro de tántalo en su fase cristalina FCC que presenta superconductividad a una TC de 6.5 K cuando se encuentra en forma de bulto. Para poder emplear este material en el diseño de micro y nano dispositivos superconductores, es necesario obtenerlo en forma de película delgada y tener el control de su TC. En el presente trabajo, se crecieron películas delgadas de nitruro de tántalo por ablación láser en forma reactiva dentro de un ambiente controlado de N2. Las películas se depositaron sobre sustratos de MgO (100) a cuatro temperaturas diferentes (650, 700, 750 y 850 °C), utilizando la misma presión de N2 (90 mTorr) en todos los experimentos. Para caracterizar las muestras se realizó un análisis químico por XPS in situ y un análisis estructural por XRD y TEM, mientras que para conocer la TC se midieron curvas de R vs. T mediante el método de las cuatro puntas. Los espectros XPS mostraron la existencia de nitruro de tántalo y la incorporación de impurezas de oxígeno al aumentar la temperatura de crecimiento, que se encuentran como TaON y Ta2O5. Además, se estimó que el tántalo presenta los estados de oxidación Ta5+ y Ta3+. Por su parte, los difractogramas de rayos X evidenciaron que las películas presentan estructuras FCC y hexagonal, y que conforme aumenta la temperatura de crecimiento, la cristalinidad aumenta y el parámetro de red disminuye. Por otro lado, las curvas de R vs. T demostraron que las películas crecidas a 750 y 850 °C exhiben superconductividad a una TC de 5.66 y 7.32 K respectivamente. Por último, las micrografías y los patrones de difracción de electrones obtenidos por TEM indicaron que las películas superconductoras presentan una estructura FCC y un espesor de 70 nm, donde la película crecida a 750 °C exhibe un crecimiento localmente ordenado en algunas regiones y la película crecida a 850 °C exhibe un crecimiento localmente epitaxial. Superconducting materials with a critical temperature TC above 4.2 K (the boiling point of liquid He) are attractive for the development of superconducting electronics for operating cost reasons. One of these materials is tantalum nitride with a crystalline phase FCC, which exhibits superconductivity at a TC of 6.5 K when it is in bulk. In order to use this material in the design of micro and nano superconducting devices, it is necessary to obtain it in the form of a thin film and control its TC. In the present work, thin films of tantalum nitride were synthesized by reactive laser ablation in a controlled environment of N2. The films were grown on MgO (100) substrates at four different temperatures (650, 700, 750, and 850 °C), using the same pressure of N2 (90 mTorr) in all experiments. Chemical analysis by XPS in situ and structural analysis by XRD and TEM were carried out. While to know the TC, R vs. T curves were measured by the four-probe method. The XPS spectra showed the existence of tantalum nitride and the incorporation of oxygen impurities with increasing growth temperature, which are found as TaON and Ta2O5. Also, it was estimated that tantalum presents the oxidation states Ta5+ and Ta3+. Furthermore, the X-ray diffractograms proved that the films present FCC and hexagonal structures and that as the growth temperature increases, the crystallinity increases and the lattice parameter decreases. On the other hand, R vs. T curves demonstrated that films synthesized at 750 and 850 °C exhibit superconductivity at a TC of 5.66 and 7.32 K, respectively. Finally, the micrographs and the electron diffraction patterns obtained by TEM indicated that the superconducting films have an FCC structure and a thickness of 70 nm, where the film synthesized at 750 °C exhibits locally ordered growth in some regions and the film synthesized at 850 °C it exhibits locally epitaxial growth. | |
| CICESE | |
| 2020 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Quintanar Zamora, V.M. 2020. Crecimiento de películas delgadas de nitruro de tántalo por ablación láser para su potencial uso en dispositivos superconductores. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 64 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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| Tesis Victor Quintanar Zamora_16 nov 2020BIB.pdf | Versión completa de la tesis | 3.53 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |