Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 257-264 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:01988002303025700

d.c. sputtering elaboration of thin films of the high-Tc superconductor YBa2Cu3O7-x: evidence for strong film-substrate interactions

A. Perrin, Z.Z. Li, O. Peña, J. Padiou et M. Sergent

Laboratoire de Chimie Minérale B, U.A. C.N.R.S. n° 254, Université de Rennes I, Avenue du Général Leclerc, 35042 Rennes Cedex, France

Abstract
Superconducting thin films of YBa2Cu3O7- x have been prepared by d.c. sputtering deposition followed by a suitable thermal treatment. The deposition parameters were optimized in order to obtain ideal 1: 2 : 3 composition of the films. A wide variety of substrates were tested, most of them giving evidence for a strong chemical interaction with the film when annealed. To better determine the contamination effects of potential substrates on the properties of YBa2Cu 3O7-x, a number of foreign elements were diluted in sintered samples of the superconducting matrix. Their influence was evaluated from a.c. susceptibility or magnetization (SQUID) measurements. Superconducting films were thus obtained, mainly on zirconia, BaZrO3 or YSZ (yttrium stabilized zirconia) sintered plates, with the onset of superconducting transition occurring near 90 K. The width of the transition strongly depends on the crystalline state of the film, which is connected to the applied thermal treatment.

Résumé
Des couches minces supraconductrices du matériau YBa2Cu3O7-x ont été préparées à partir de dépôts réalisés par pulvérisation diode continue puis cristallisés grâce à un traitement thermique approprié. Les paramètres de dépôt ont été optimisés afin d'y atteindre la stoechiométrie idéale 1: 2 : 3. Des substrats de nature variée ont été testés : la plupart d'entre eux mettent en évidence une forte interaction chimique avec le film lors du recuit. Afin de mieux définir les effets de contamination des divers substrats potentiels sur les propriétés supraconductrices de YBa2Cu3O7-x, des éléments étrangers ont été volontairement introduits en petites quantités dans des pastilles frittées de ce matériau. Leur influence a été étudiée par des mesures magnétiques. A partir de ces résultats, des couches minces supraconductrices ont été obtenues, notamment sur des substrats de zircone, de zircone stabilisée et de BaZrO3. Le début de transition se situe dans tous les cas vers 90 K. L'importance de l'état de cristallisation des couches, lié au traitement thermique mis en oeuvre, apparaît clairement.

PACS
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.
7410 - Superconducting critical temperature, occurrence.
7430C - Magnetic properties of superconductors.
7460M - Material effects on T/sub c, K, critical currents in type II superconductors.
7470V - Perovskite phase superconductors.
7475 - Superconducting films.
8115C - Deposition by sputtering.

Key words
barium compounds -- magnetic susceptibility -- magnetisation -- sputter deposition -- superconducting thin films -- superconducting transition temperature -- type II superconductors -- yttrium compounds -- high temperature superconductor -- DC sputtering -- thin films -- high T sub c superconductor -- strong film substrate interactions -- thermal treatment -- deposition parameters -- annealed -- contamination effects -- substrates -- AC susceptibility -- magnetization -- superconducting transition -- crystalline state -- 90 K -- YBa sub 2 Cu sub 3 O sub 7 x -- BaZrO sub 3 -- ZrO sub 2 -- ZrO sub 2 Y sub 2 O sub 3