GdBa2Cu3O7-δ薄膜和Gd2CuO4緩沖層的化學(xué)氣相沉積制備及結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、GdBa2Cu3O7-δ(GdBCO)由于具有高臨界電流密度并且強磁場下電學(xué)性能優(yōu)異，從而受到眾多研究者的關(guān)注。金屬有機化學(xué)氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,MOCVD)技術(shù)是一種制備薄膜材料的重要方法，它在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)GdBCO超導(dǎo)薄膜方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本論文采用MOCVD技術(shù)在多晶、單晶基板上制備了GdBCO薄膜、Gd2CuO4薄膜以及GdBCO/Gd2C

2、uO4雙層膜。采用X射線衍射、極圖、場發(fā)射掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡及拉曼光譜等分析表征手段研究了工藝參數(shù)（如：基板種類、沉積溫度、沉積壓強、氧分壓等）對薄膜物相、面內(nèi)外取向、外延模式、顯微結(jié)構(gòu)、沉積速率等的影響，確定了最佳工藝條件。主要工作內(nèi)容如下：
　　(1)在多晶Al2O3基板和單晶(100)MgO、(100)SrTiO3(STO)、(100)LaAlO3(LAO)基板上制備GdBCO薄膜。在多晶基板上僅能獲得GdBCO

3、單相，而在單晶基板上獲得了GdBCO單相和c軸取向GdBCO外延薄膜，并得到最佳沉積溫度條件：990℃。在沉積溫度990℃下，(100)LAO單晶基板上沉積的GdBCO外延薄膜(00l)衍射峰最強、取向最好、無雜相、表面平坦。c軸取向的GdBCO外延薄膜與LAO基板的面內(nèi)外延生長關(guān)系為：GdBCO[100]// LAO[010]和GdBCO[001]//LAO[100]。
　　(2)在多晶Al2O3基板和單晶(100)STO基板上

4、制備Gd2CuO4緩沖層。在多晶基板上僅能獲得Gd2CuO4單相，而在單晶基板上獲得了Gd2CuO4單相和c軸取向Gd2CuO4外延薄膜，并得到最佳沉積溫度條件：1080℃。在沉積溫度1080℃下，(100)STO單晶基板上沉積的Gd2CuO4外延薄膜(00l)衍射峰最強、取向最好、無雜相、X射線衍射圖譜半高寬最小、結(jié)晶性最好。c軸取向的Gd2CuO4外延薄膜與STO基板的面內(nèi)外延生長關(guān)系為：Gd2CuO4[100]//STO[010]

5、和Gd2CuO4[001]//STO[100]。
　　(3)在單晶(100)STO基板上制備c軸取向GdBCO/Gd2CuO4外延雙層膜。獲得了其最佳沉積溫度條件：1010℃。在沉積溫度1010℃下，Gd2CuO4緩沖層約為0.6μm厚，GdBCO薄膜約為1.4μm厚。在此溫度下，雙層膜(00l)衍射峰最強、c軸取向最好、缺陷最少。GdBCO/Gd2CuO4雙層膜與STO基板的面內(nèi)外延生長關(guān)系為：GdBCO[100]//Gd2Cu