直流濺射法快速制備YBCO高溫超導薄膜的研究.pdf

1、YBa2Cu3O7-x(YBCO)高溫超導薄膜在各個領(lǐng)域有著廣泛應用。在大面積YBCO薄膜的制備中,膜厚均勻性、電學均勻性是首先考慮的問題。本文從提高薄膜沉積速率以及膜厚均勻性出發(fā),設計了多工位盒型靶直流濺射系統(tǒng)。具體研究可以分為以下幾點:
　　1.多工位盒型靶直流濺射鍍膜系統(tǒng)的設計:對單軸驅(qū)動雙軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動方式進行分析,發(fā)現(xiàn)靶基距過大是其沉積速度低下的主要因素。通過改進,將驅(qū)動方式改為轉(zhuǎn)盤式驅(qū)動,可以將靶基距降低到很小,大大提高

2、薄膜的沉積速率。采用獨特結(jié)構(gòu)的盒型靶,使基片在很小的靶基距下也能有效降低負離子反濺射的損害,保證了薄膜的質(zhì)量。
　　2.用數(shù)學軟件Matlab對該系統(tǒng)的膜厚分布進行仿真與計算,對基片動態(tài)和靜態(tài)下膜厚分布進行對比,對靶基距、壓強、基片公轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)速度比等因素對膜厚分布的影響進行仿真,旨在提出解決膜厚分布均勻性的具體方案。將實驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)進行對比,對仿真模型進行修改,旨在用仿真數(shù)據(jù)來指導實際的方案設計。
　　3.分析了溫度、壓強

3、、薄膜厚度、退火方式、基片公轉(zhuǎn)速度等對薄膜結(jié)構(gòu)的影響,得到了電學性能良好的薄膜。在多工位盒型靶直流濺射鍍膜系統(tǒng)中,薄膜沉積速率提高了4倍以上。同時在兩英寸基片上獲得了面內(nèi)起伏小于3％的薄膜,并提出了有效解決大面積薄膜均勻性的具體方案。根據(jù)多工位盒型靶直流濺射系統(tǒng)獨特的設計和構(gòu)造,提出了切實可行的提高薄膜質(zhì)量的方法。在 LaAlO3(LAO)單晶基片上獲得了臨界電流密度Jc≥2.5 MA/cm2(77 K0 T500 nm)的YBCO薄膜