Structure et propriétés supraconductrices de films de nitrure de niobium épitaxiés par CVD à haute température PDF Download
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Book Description
Les études concernent le développement de dispositifs supraconducteurs de détection de photon unique. Le nitrure niobium (NbN) est un matériau adapté à l'élaboration de fils supraconducteurs de la cible du détecteur. Ces travaux ouvrent des perspectives sur l'élaboration de films de nitrure de niobium épitaxié sur saphir par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). L'élaboration des films minces (5-100 nm) est effectuée à haute température (1000°C à 1300°C) à partir de chlorure de niobium et d'ammoniaque dilués dans l'hydrogène (H2-NH3-NbCl5). Les substrats sont du saphir monocristallin (Al2O3) orienté (0002), du nitrure d'aluminium (AlN) orienté (0002) et de 'oxyde de magnésium (MgO) orienté (100).L'étude des relations d'épitaxie au cours de la croissance du nitrure de niobium sur le substrat de saphir a tout d'abord été effectuée. L'observation des microstructures et des orientations cristallines des différents films élaborés a permis de mettre en évidence les relations existant entre l'état de surface du substrat et le mode de croissance du NbN. Les perspectives d'utilisation de substrats monocristallins de type MgO et AlN sont présentées en conclusion.L'étude du procédé de croissance et les relations existant entre les conditions d'élaboration et la "qualité" des films minces a permis de dégager les fenêtres expérimentales conduisant à une croissance épitaxiale. L'énergie d'activation des réactions de croissance et les conditions de sursaturation propices à la croissance épitaxiale ont été calculées.L'étude des relations entre les propriétés structurales et les caractéristiques supraconductrices des films a permis de relier la température de transition supraconductrice à la densité de défauts atomiques, aux défauts microstructuraux, à l'épaisseur des films élaborés et à leur état de contrainte. Il existe une relation linéaire entre l'espace interréticulaire des plans parallèles au substrat et la température de transition supraconductrice.Enfin, l'étude de la durabilité des films ultraminces (5 - 8 nm) de nitrure de niobium a été menée. Dans cette étude les propriétés électriques et supraconductrices de films élaborés à 1000°C et 1200°C sur des substrats de saphir et de couches épitaxiales d'AlN ont été analysées sur une durée de six mois. Les propriétés des films évoluent surtout au cours du premier mois. Le dépôt effectué à haute température permet de limiter la dégradation rapide des films et de conserver leurs propriétés supraconductrices.
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Les études concernent le développement de dispositifs supraconducteurs de détection de photon unique. Le nitrure niobium (NbN) est un matériau adapté à l'élaboration de fils supraconducteurs de la cible du détecteur. Ces travaux ouvrent des perspectives sur l'élaboration de films de nitrure de niobium épitaxié sur saphir par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). L'élaboration des films minces (5-100 nm) est effectuée à haute température (1000°C à 1300°C) à partir de chlorure de niobium et d'ammoniaque dilués dans l'hydrogène (H2-NH3-NbCl5). Les substrats sont du saphir monocristallin (Al2O3) orienté (0002), du nitrure d'aluminium (AlN) orienté (0002) et de 'oxyde de magnésium (MgO) orienté (100).L'étude des relations d'épitaxie au cours de la croissance du nitrure de niobium sur le substrat de saphir a tout d'abord été effectuée. L'observation des microstructures et des orientations cristallines des différents films élaborés a permis de mettre en évidence les relations existant entre l'état de surface du substrat et le mode de croissance du NbN. Les perspectives d'utilisation de substrats monocristallins de type MgO et AlN sont présentées en conclusion.L'étude du procédé de croissance et les relations existant entre les conditions d'élaboration et la "qualité" des films minces a permis de dégager les fenêtres expérimentales conduisant à une croissance épitaxiale. L'énergie d'activation des réactions de croissance et les conditions de sursaturation propices à la croissance épitaxiale ont été calculées.L'étude des relations entre les propriétés structurales et les caractéristiques supraconductrices des films a permis de relier la température de transition supraconductrice à la densité de défauts atomiques, aux défauts microstructuraux, à l'épaisseur des films élaborés et à leur état de contrainte. Il existe une relation linéaire entre l'espace interréticulaire des plans parallèles au substrat et la température de transition supraconductrice.Enfin, l'étude de la durabilité des films ultraminces (5 - 8 nm) de nitrure de niobium a été menée. Dans cette étude les propriétés électriques et supraconductrices de films élaborés à 1000°C et 1200°C sur des substrats de saphir et de couches épitaxiales d'AlN ont été analysées sur une durée de six mois. Les propriétés des films évoluent surtout au cours du premier mois. Le dépôt effectué à haute température permet de limiter la dégradation rapide des films et de conserver leurs propriétés supraconductrices.
Author: Sarra Grira Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 141
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The aim of this work is the study of crystallographic texture and microstructure in connection with the superconducting properties (Tc and Jc) of High Temperature Superconducting (HTS) materials: YBCO and NBCO. Microstructure is studied by X-Ray Diffraction (XRD) and Electron backscatter Diffraction (EBSD). The Determination of critical temperature (Tc) and critical current density (Jc) are made with Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) magnetometer or Physical Properties Measurement System (PPMS). The first part of this work investigates the crystallographic textures of the YBCO film by using EBSD in order to deduce the epitaxial relationship between the superconducting layer and the buffer layer. This thin film is made up of three successive deposits (among which 300 nm of YBCO), used in fault current limiters for electrical engineering applications. The second part presents the study of NdBa2Cu3O7-d (NBCO) and YBCO bulks prepared by various techniques. The effect of silver doping of YBCO has been studied on samples prepared by the Melt Textured Growth (MTG) technique under low oxygen partial pressure. The doping up to a given amount of silver enhances the microstructure and the critical current density. A comparison of the physical and structural characteristics between NBCO oxygenated exsitu and YBCO oxygenated in-situ, prepared by MTG under high magnetic field has been made. Zone-melted NBCO samples textured by zone melting method oxygenated respectively in-situ and ex-situ have been studied. These samples exhibit the same texture with the occurrence of twins for the NBCO oxygenated ex-situ
Author: Serge Reymond Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 158
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Ce travail décrit le comportement de couches minces supraconductrices à haute température critique (T[c souscrit]) soumises au passage d'un courant. Par des mesures de transport, nous avons exploré une vaste gamme de courants. Nous nous sommes en particulier concentrés sur la limite des hautes densités de courant, qui est beaucoup moins étudié. Dans ce régime extrême, à certaines températures et densités de courant, apparaissent des sauts de tension abrupts. Le courant qui génère ces événements a une dépendance en température identique dans différents supraconducteurs à haut T[c souscrit], ce qui démontre le caractère intrinsèque de ce phénomène. Nous attribuons ces sauts de tension à la formation de phase-slip centers, qui sont des régions au-dessous de T[c souscrit], où la dissipation est très similaire à celle de l'état normal. La taille de ces domaines est liée au temps de vie des quasiparticules, que nous avons pu déterminer, et qui se révèle être anormalement long.
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DANS CETTE THESE NOUS ETUDIONS LA TRANSITION DE PHASE LIEE AUX VORTEX PRESENTS DANS DES FILMS MINCES QUASI-MONOCRISTALLINS, D'ORIENTATIONS SELECTIONNEES, DU SUPRACONDUCTEUR A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE YBA 2CU 3O 7 (YBCO). LE PREMIER CHAPITRE APPORTE UNE BREVE INTRODUCTION AUX PHENOMENES DE DISSIPATION DANS CES MATERIAUX. DES TECHNIQUES DE FABRICATION ET DE CARACTERISATION D'ECHANTILLONS ONT ETE MISES AU POINT POUR CETTE ETUDE ET SONT EXPLICITEES DANS LES CHAPITRES 2 ET 3 RESPECTIVEMENT. EN PLUS DE FILMS D'ORIENTATION CLASSIQUE (001), NOUS AVONS ETUDIE DES FILMS ORIENTES (100) OU L'AXE C EST ALIGNE LE LONG D'UNE SEULE DIRECTION DANS LE PLAN DU SUBSTRAT, CE QUI A PERMIS D'ISOLER LES CARACTERISTIQUES ASSOCIEES AUX AXES B ET C. LES PROPRIETES STRUCTURALES, MORPHOLOGIQUES ET ELECTRIQUES DE CES DEUX TYPES DE FILM SONT DECRITES DANS LES CHAPITRES 4 ET 5. L'ALGORITHME DE SCALING ASSOCIE AU MODELE DE VERRE DE VORTEX (VORTEX GLASS) PROPOSE PAR FISHER ET AL A PERMIS D'EXTRAIRE DES PARAMETRES DECRIVANT UNE TRANSITION DE PHASE D'ORDRE ELEVE A PARTIR DE DONNEES ISSUES DE MESURES DE TRANSPORT TRES PRECISES. NOUS AVONS OBSERVE UNE EXCELLENTE SUPERPOSITION DES CARACTERISTIQUES I-V DE PART ET D'AUTRE DE LA TEMPERATURE DE TRANSITION DANS LA PLUPART DES ECHANTILLONS. CEPENDANT, LES IMPLICATIONS ISSUES DE NOS RESULTATS QUANTITATIFS SONT INACCEPTABLES. L'EXPOSANT DYNAMIQUE OBTENU Z N'EST PAS UNIVERSEL MAIS IL EST BEAUCOUP PLUS ELEVE QUE DANS DES SYSTEMES ANALOGUES COMME LES VERRES DE SPIN, CE QUI IMPLIQUE DES ECHELLES DE TEMPS CARACTERISTIQUES EXTREMEMENT LONGUES. DE MANIERE PLUS DRAMATIQUE, DANS LES FILMS (100), NOUS TROUVONS QUE LA TEMPERATURE DE TRANSITION DEPEND DE LA DIRECTION DE MESURE ! AU CHAPITRE 6, NOUS COMPARONS NOS RESULTATS AVEC CEUX OBTENUS DANS D'AUTRES FILMS YBCO D'ORIENTATIONS ANISOTROPES. LE CHAPITRE 7 EST RESERVE AUX CONCLUSIONS GENERALES TIREES DES DIFFERENTES ETUDES ET AUX PROLONGEMENTS ENVISAGES A CE TRAVAIL DE RECHERCHE EFFECTUE DANS LE CADRE D'UNE COTUTELLE ENTRE DEUX LABORATOIRES ANGLAIS ET FRANCAIS ASSOCIES AUX UNIVERSITES DE NOTTINGHAM ET DE GRENOBLE (UJF).
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Préparation. Caractérisation des échantillons en déterminant la composition par analyses Ager et émission photoélectronique RX. Détermination de la profondeur de pénétration des ondes ainsi que de la résistance de surface. On a pu classer NbN dans les supraconducteurs à couplage fort
Author: Enrico Giannini Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 177
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Dans le cadre de ce travail de thèse, le mécanisme de formation de la phase supraconductrice Bi,Pb(2223) (nominalement (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+[delta minuscule souscrit]) au sein des rubans en gaine d'Ag a été étudié. Des techniques capables d'explorer à haute température l'intérieur de la gaine d'argent, sans l'ôter, ont été utilisées: la diffraction des rayons X de haute énergie (rayonnement synchrotron) et la diffraction de neutrons. Huit phases ont été mises en évidence et leur évolution durant le traitement thermique a pu être suivie. La première preuve directe de fusion partielle et recristallisation au début de la formation du Bi(2223) a été obtenue. De nouveaux chemins de formation de la phase Bi,Pb(2223), proche de conditions d'équilibre thermodynamique, ont été recherchés en utilisant la fusion à haute température et la synthèse sous pression isostatique. La phase Bi,Pb(2223) peut se former à l'équilibre et des nouvelles routes de fabrication peuvent améliorer les propriétés supraconductrices des rubans.
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NOUS AVONS CHERCHE A OBTENIR UNE COUCHE MINCE SUPRACONDUCTRICE DE TEMPERATURE CRITIQUE SUPERIEURE A 16 K ET PRESENTANT DE BONNES PERFORMANCES EN HYPERFREQUENCE A 4,2 K. UNE TELLE COUCHE POURRAIT AMELIORER NOTABLEMENT LES COUTS DE FABRICATION ET DE FONCTIONNEMENT D'UN ACCELERATEUR D'ELECTRONS A CAVITES SUPRACONDUCTRICES. LE NITRURE DE NIOBIUM-TITANE, (NB#1##XTI#X)N, ELABORE EN FILM MINCE PAR PULVERISATION CATHODIQUE MAGNETRON CONTINU EN MODE REACTIF, SEMBLE ETRE UN BON CANDIDAT. NOUS AVONS ENGAGE UNE ETUDE PROSPECTIVE SUR CES COUCHES, REALISEES SUR SUBSTRATS PLANS, POUR ETABLIR DES CORRELATIONS ENTRE LES PARAMETRES D'ELABORATION, LES CARACTERISTIQUES DU MATERIAU ET LES PROPRIETES EN HYPERFREQUENCE. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE UN PROTOCOLE OPERATOIRE PERMETTANT D'ETALONNER LA CONSOMMATION D'AZOTE PENDANT LA PULVERISATION ET PAR CONSEQUENT, DE REPRODUIRE LES CONDITIONS D'ELABORATION DES FILMS LES MEILLEURS. LES QUALITES GLOBALES DU DEPOT (STRUCTURE CRISTALLINE, COMPOSITION CHIMIQUE, RESISTIVITE, TEMPERATURE CRITIQUE, ETC...) ONT ETE ANALYSEES EN FONCTION DE LA TENEUR EN AZOTE ET DE LA COMPOSITION EN NIOBIUM (X=0,3 ET X=0,64). LES FILMS LES MEILLEURS PRESENTENT UNE TEMPERATURE CRITIQUE DE 15,9 K ET UNE RESISTIVITE DE 40 MICRO-OHM.CM. LES PERFORMANCES EN HYPERFREQUENCE DES FILMS, DEPOSES SUR DISQUES EN CUIVRE, ONT ETE MESUREES DANS UNE CAVITE SPECIALE A FOND DEMONTABLE. A 4,2 K ET 4 GHZ, LA DISSIPATION THERMIQUE, A TRES BAS CHAMP, A ATTEINT UNE VALEUR TROIS FOIS PLUS FAIBLE QUE CELLE DU NIOBIUM MASSIF. CEPENDANT, A FORT CHAMP, CETTE DISSIPATION DEVIENT IMPORTANTE. NOS RESULTATS PROUVENT QUE D'IMPORTANTS PROGRES SONT ENCORE POSSIBLES, EN OPTIMISANT SIMULTANEMENT LES CONCENTRATIONS EN NIOBIUM ET EN AZOTE, ET EN AMELIORANT LA PURETE ET LA CRISTALLISATION DE LA COUCHE
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NOUS AVONS ELABORE PAR PULVERISATION CATHODIQUE SUIVANT LE PROCEDE IN-SITU DES FILMS DE LA FAMILLE BI#2SR#2CA#N#-#1CU#NO#2#N#+#4 (AVEC N=1 (BI-2201) ET N=2 (BI-2212)) ET DES MULTICOUCHES BI#2SR#2CACU#2O#8/BI#2SR#2CUO#6 (BI-2212/BI-2201). LES MULTICOUCHES, COMPOSEES D'UN EMPILEMENT SEQUENTIEL DE COUCHES SUPRACONDUCTRICES DE LA PHASE BI-2212 ET DE COUCHES SEPARATRICES DE LA PHASE BI-2201, PERMETTENT DE MODELISER LA STRUCTURE LAMELLAIRE DES SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE (SHTC). CES ECHANTILLONS SONT EPITAXIES ET ORIENTES AVEC L'AXE CRISTALLOGRAPHIQUE C PERPENDICULAIRE AU PLAN DU SUBSTRAT. ILS NOUS ONT PERMIS D'ETUDIER LA NATURE ELECTRONIQUE DE L'ETAT NORMAL EN FONCTION DU DOPAGE EN OXYGENE AINSI QUE L'INFLUENCE DE DIFFERENTES TEMPERATURES CRITIQUES (T#C), DIFFERENTS DEGRES DE DOPAGE ET DIFFERENTES DISTANCES S SEPARANT LES PLANS SUPRACONDUCTEURS SUR L'ANISOTROPIE SOUS CHAMP MAGNETIQUE DANS L'ETAT SUPRACONDUCTEUR DES SHTC. EN EFFET, NOUS MONTRONS QUE LES FILMS DE LA PHASE BI-2201 PRESENTENT UN COMPORTEMENT METALLIQUE, SUPRACONDUCTEUR OU ISOLANT AUX BASSES TEMPERATURES EN FONCTION DES CONDITIONS D'OXYGENATION AU MOMENT DE LEUR PREPARATION (POUR CETTE PHASE, S12A ET T#C>0K ALORS QUE POUR LA PHASE BI-2212, S15A ET T#C5K). DE PLUS, LES COUCHES SUROXYGENEES DE LA PHASE BI-2201 ASSOCIEES A DES COUCHES ULTRAFINES DE LA PHASE BI-2212 FAVORISENT L'OBTENTION DE T#C ELEVEE DANS LES MULTICOUCHES: LORSQUE 15A DE LA PHASE BI-2212 (LA PLUS PETITE UNITE SUPRACONDUCTRICE POSSIBLE) SONT SEPAREES PAR ENVIRON 24A DE LA PHASE BI-2201, NOUS OBTENONS T#C=94K DEPASSANT DE 15 A 20K CELLE DES FILMS DE LA PHASE BI-2212 PREPARES DANS LES MEMES CONDITIONS. DANS L'ETAT NORMAL, NOUS AVONS ETUDIE LES LOIS DE VARIATION EN TEMPERATURE DE LA RESISTIVITE ET DE L'EFFET HALL DE FILMS DE LA PHASE BI-2201 A DIFFERENTS ETATS D'OXYDATION. NOUS AVONS RECHERCHE LE DOMAINE EN TEMPERATURE OU L'ON OBSERVE UNE DEPENDANCE LINEAIRE EN T OU EN T#2 DE LA RESISTIVITE. NOUS CONSTATONS QUE LES VARIATIONS EN T DE LA RESISTIVITE DES ETATS SUROXYGENES SONT BIEN DECRITES PAR UNE LOI EMPIRIQUE APPLICABLE AUSSI AUX PHASES SUROXYGENEES LA#2#-#XSR#XCUO#4 ET TL#2BA#2CUO#6. LE COEFFICIENT DE HALL (R#H) DE NOS FILMS DE LA PHASE BI-2201 EST EN BON ACCORD AVEC CELUI DES MONOCRISTAUX. CEPENDANT, NOUS MONTRONS QUE QUELQUE SOIT LE DEGRE DE DOPAGE EN OXYGENE, 1/R#H AUGMENTE ASSEZ BRUTALEMENT EN DESSOUS DE 50-60K, QUE LA COTANGENTE DE L'ANGLE DE HALL SUIT BIEN UNE VARIATION LINEAIRE EN T#2 MAIS AVEC UNE DEVIATION EN DESSOUS D'UNE TEMPERATURE RELATIVEMENT ELEVEE POUR LES ETATS SUROXYGENES OU FORTEMENT SOUS-OXYGENES. NOUS AVONS AUSSI PRESENTE LES PREMIERS RESULTATS D'EFFET HALL DE LA PHASE BI-2201 OBTENUS DANS L'ETAT MIXTE. L'ETUDE DE LA DEPENDANCE ANGULAIRE DE LA MAGNETORESISTANCE (H>0T ET 1,5KTT#C) MONTRE QUE LA MAGNETORESISTANCE DES MULTICOUCHES DEPEND ESSENTIELLEMENT DE LA COMPOSANTE PERPENDICULAIRE AUX PLANS SUPRACONDUCTEURS DU CHAMP MAGNETIQUE APPLIQUE, COMME DANS LE CAS DE LA PHASE BI-2212. CEPENDANT, LES MULTICOUCHES SONT BEAUCOUP PLUS ANISOTROPES. POUR LES MULTICOUCHES ETUDIEES, T#C=94K AVEC S40A ET T#C=90K AVEC S64A (DANS LES DEUX CAS, L'EPAISSEUR DE LA PHASE BI-2212 EST DE 15A). POUR INTERPRETER LES RESULTATS DES FILMS SUPRACONDUCTEURS DE LA PHASE BI-2201, IL FAUT AUSSI TENIR COMPTE DE LA CONTRIBUTION DE LA COMPOSANTE PARALLELE DU CHAMP MAGNETIQUE. LES FILMS DE CETTE PHASE SONT BEAUCOUP MOINS ANISOTROPES QUE CEUX DE LA PHASE BI-2212 ET PEUVENT PRESENTER UN COMPORTEMENT 3D ANISOTROPE AVEC UNE ANISOTROPIE DE L'ORDRE DE 6. LORSQUE T#C EST SUFFISAMMENT ELEVEE, LA PHASE BI-2201 NE PRESENTE NI UN COMPORTEMENT 2D NI UN COMPORTEMENT 3D ET ON OBSERVE UNE DEPENDANCE EN H, T ET T#C DE SON ANISOTROPIE. L'APPLICATION D'UN CHAMP MAGNETIQUE DE 20T PERPENDICUALIRE AUX PLANS SUPRACONDUCTEURS PERMET DE RETABLIR OU D'APPROCHER L'ETAT NORMAL DE LA PHASE BI-2201. LA VARIATION EN TEMPERATURE DU CHAMP MAGNETIQUE NECESSAIRE POUR DETRUIRE LA SUPRACONDUCTIVITE EST DIFFERENTE DE CELLE OBTENUE POUR LES SUPRACONDUCTEURS CONVENTIONNELS
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ETUDE, ENTRE 1 ET 300 K, DE LA CONDUCTIVITE DE COUCHES MINCES GRANULAIRES. MISE EN EVIDENCE D'UNE SUPRACONDUCTIVITE DANS DES FILMS AVEC COEFFICIENT DE TEMPERATURE NEGATIF. MESURES DE REFLEXION OPTIQUE DANS LE VISIBLE; LA CORRELATION AVEC LES MESURES DE CONDUCTIVITE ELECTRIQUE
Author: Manoël Jacquemin
Author: Manoël Jacquemin
Author: Sarra Grira
Author: Serge Reymond![Structure, Low Temperature Conductivity, and Superconducting Properties of Niobium-silicon Composite Films [microform] PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/QwSlwgEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Denhoff, Michael Wayne
Author: SYLVAIN.. MISAT
Author: Kouly Mbaye![Phase Formation and Texture Development in Ag-sheathed (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10+[delta Minuscule Souscrit] Superconducting Tapes PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/hYvbZwEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Enrico Giannini
Author: FREDERIC.. GUEMAS
Author: HACENE.. RIFI
Author: Régis Cabanel