3英寸YBCO雙面超導(dǎo)薄膜的外延生長和均勻性研究.pdf

1、由于YBCO高溫超導(dǎo)薄膜具有優(yōu)異的電學(xué)性能,用其制作的微波器件在液氮溫區(qū)具有品質(zhì)因子高、插損低、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn),因而受到了廣泛的重視.該論文基于濺射生長薄膜的基本原理,圍繞3英寸雙面YBCO薄膜的外延生長及均勻性問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究:針對雙面薄膜制備中兩面一致性問題,該論文首次采用基片旋轉(zhuǎn)的方式,實(shí)現(xiàn)了基片兩面的同時(shí)沉積,使沉積的雙面薄膜兩面一致.在保證兩面一致的前提下,針對薄膜面內(nèi)均勻性問題,比較研究了基片面內(nèi)水平、傾斜、垂

2、直旋轉(zhuǎn)以及面外旋轉(zhuǎn)的沉積特點(diǎn),并通過對基片夾具的巧妙改變,首次實(shí)現(xiàn)了新穎、簡單的單軸驅(qū)動(dòng)雙軸旋轉(zhuǎn)技術(shù),使倒筒靶濺射沉積大面積雙面薄膜的均勻性得到顯著提高.并首次采用雙靶共同對雙面同時(shí)進(jìn)行沉積,使直流濺射沉積3英寸雙面YBCO薄膜的沉積速率從0.3nm/min提高到了1.0nm/min.通過對工藝條件的系統(tǒng)研究,特別是設(shè)計(jì)制作了3英寸面內(nèi)溫度起伏小于±5℃的筒型輻射加熱器對基片進(jìn)行輻射加熱,獲得了沉積3英寸YBCO雙面薄膜的最佳工藝條件(

3、總壓:30-35Pa,氧氬比為1:2,基溫為810℃,靶基距為60mm).首次采用自外延工藝,即先高于正常沉積溫度20-50℃濺射1-2小時(shí),使初期先形成正確的晶體結(jié)構(gòu),然后降低到比正常溫度低10-30℃的溫度進(jìn)行長時(shí)間的沉積,大大改善了薄膜的晶體結(jié)構(gòu)(FWHM<,005>從0.4°降到0.28°),顯著提高了薄膜的性能(Rs從0.89mΩ降低到0.35mΩ).通過以上各點(diǎn)和進(jìn)一步改善薄膜生長溫度、薄膜厚度、薄膜成份的均勻性,在雙軸旋轉(zhuǎn)

4、方式下成功研制出了2英寸雙面YBCO薄膜,其T<,c>為89K,R<,s>分布在20-50mΩ(145GHz,75K).在采用雙軸旋轉(zhuǎn)加轉(zhuǎn)速調(diào)制方式下又成功研制出了3英寸雙面YBCO薄膜,其性能為:T<,c>分布在89.8-90.2K,J<,c>分布在2.5-2.9MA/cm<'2>,R<,s>分布在50-75mΩ(145GHz,75K),其R<,s>平均性質(zhì)為0.6mΩ(8.5GHz,77K),已小批量提供國內(nèi)外使用,經(jīng)在微波諧振器、