Tl2Ba2Ca2Cu3O10高溫超導薄膜制備與應用研究.pdf

1、在鉈系高溫超導材料中，Tl2Ba2Ca2Cu3O10(Tl-2223)薄膜是其家族中臨界溫度最高的超導材料，也是截止目前為止世界發(fā)現(xiàn)的所有超導材料當中，除了Hg系超導材料以外臨界溫度最高的超導材料。由于鉈系超導材料臨界電流密度大，微波表面電阻低，抗潮解能力強而備受國內外的關注，然而由于鉈元素的劇毒性且含鉈氧化物熔點較低，造成超導材料制備過程中，鉈元素揮發(fā)嚴重，因此制備出達到微波應用標準的高品質Tl-2223薄膜相對困難。為此本文系統(tǒng)研究

2、了Tl-2223薄膜的合成條件，提出了以Tl2Ba2CaCu2O8(Tl-2212)作為中間過渡相來制備Tl-2223薄膜的生長方法，并綜合利用不同退火氣氛來降低退火溫度，改善薄膜的超導性能。最后在Tl-2223薄膜上制備了可以工作在108K以下的超導濾波器。其主要內容如下:
　　1.利用直流磁控濺射法在單晶(001) LaAlO3基片上沉積了非晶態(tài)的先驅膜，研究了在Ar下生長作為中間相的Tl-2212的制備條件，得到了適合轉化T

3、l-2223薄膜的Tl-2212的最佳合成條件。
　　2.結合最佳的Tl-2212退火條件，研究了在Ar下生長了Tl-2223超導薄膜的退火工藝，在最優(yōu)合成工藝條件下，生長出的Tl-2223薄膜結晶致密有序，周期性好，具有明顯的層狀生長和c軸取向，且與襯底LaAlO3具有明顯的外延生長關系。其超導臨界溫度達到115K左右，臨界電流密度維持在0.03MA/cm2。
　　3.研究了氧氣對Tl-2223薄膜的影響，對不同氧氬比例條

4、件下制備Tl-2223薄膜的工藝條件進行了分析，并對非晶態(tài)先驅膜直接流氧退火的工藝條件進行了討論。結果表明，當氧氬比例濃度控制在5％以下的低濃度水平時，制備的Tl-2223超導薄膜結晶質量較高，薄膜均勻致密，具有明顯的c軸取向生長。且具有較高的Tl-2223相純度。其臨界電流密度相比Ar下制備的結果提高了一個數(shù)量級，基本達到了105A/cm2。對于非晶態(tài)先驅膜直接流氧退火的結果，其超導電流密度可達1MA/cm2以上的水平，臨界溫度達到1

5、15K左右。
　　4.研究了第三次流氧退火工藝對Tl-2223薄膜超導性能的影響。對原有Ar下制備的Tl-2223薄膜以及氧氬比為1％條件下制備Tl-2223薄膜分別進行了第三次流氧退火。結果表明，Ar下制備的Tl-2223和氧氬比為1％制備的Tl-2223
　　超導薄膜，經(jīng)過流氧退火后，超導臨界溫度最高可達120K，臨界電流密度均超過了2MA/cm2。但兩種薄膜中也出現(xiàn)了少量的Tl-2212相。結合之前的Tl-2212中間

6、法，我們制備了尺寸為10mm×10 mm雙面Tl-2223超導薄膜，并進行了第三次流氧退火，退火后薄膜兩面結晶均勻致密，具有較好的兩面一致性。其超導臨界溫度為120±1K左右，雙面的臨界電流密度分別達到3.9MA/cm2和4.2MA/cm2，微波表面電阻為346μΩ(77K，10 GHz)，基本滿足了制備超導濾波器的性能要求。
　　5.在10mm×10mm雙面Tl-2223薄膜上制備了工作在S波段，中心頻率為4GHz，相對帶寬為4