低退火溫度下MgB-,2-超導(dǎo)薄膜的制備及其物性研究.pdf

1、MgB2超導(dǎo)體因其相比傳統(tǒng)超導(dǎo)體有高的臨界溫度(39K)、遠(yuǎn)優(yōu)于銅氧化物超導(dǎo)體的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和電特性，在超導(dǎo)強(qiáng)電和弱電應(yīng)用領(lǐng)域有誘人的前景，超導(dǎo)電子器件的關(guān)鍵是超導(dǎo)薄膜。目前適合多層薄膜技術(shù)的原位生長(zhǎng)法制備MgB<,2>超導(dǎo)薄膜還有很多問題需要研究，特別是Mg的高揮發(fā)問題。低溫下固體材料有低的飽和蒸汽壓，低退火溫度應(yīng)當(dāng)是解決Mg的高揮發(fā)問題的重要途徑。 本論文著重研究在低退火溫度下MgB<,2>超導(dǎo)薄膜的制備及其物理特性。我們?cè)赨T

2、T-400超高真空鍍膜儀中利用電子束蒸發(fā)和原位熱處理方法，在較低的退火溫度(<600℃)下在Si(111)襯底上成功制備了二硼化鎂超導(dǎo)薄膜。實(shí)驗(yàn)背景真空為1×10<'-7>mbar，先驅(qū)膜為[Mg(151A)/B(100A)]<,N>的周期層狀結(jié)構(gòu)(N取決于膜的總厚度)，低的退火溫度選取450℃、500℃、525℃、550℃、600℃、625℃、650℃，研究表明： 調(diào)整先驅(qū)膜中B(10A)層次序，使B(100A)在最底和最上層

3、，有效降低Mg的揮發(fā)和向Si襯底的擴(kuò)散。800℃×30 min的退火條件我們?cè)跓o任何緩沖層或籽層的Si襯底上獲得了零電阻臨界溫度為32.8K，臨界電流密度為3.3×10<'5>A/cm<'2>的MgB<,2>超導(dǎo)薄膜。 在625℃～800℃區(qū)間的退火溫度，MgB<,2>薄膜能夠良好成相，超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度(T<,c>)變化不大。當(dāng)退火溫度低于625℃時(shí)，T<,c>下降很快。我們認(rèn)為低的退火溫度需要延長(zhǎng)退火時(shí)間以保證成相的充分。

4、 當(dāng)退火溫度降低到550℃時(shí)，在此退火溫度下保溫120分鐘，薄膜的超導(dǎo)性能較好，它的零轉(zhuǎn)變溫度為27.5K，起始轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到32K。用原子力顯微鏡觀測(cè)到薄膜表面光滑，顆粒大小約為100nm，其平方根粗糙度(R<,MS>)和平均粗糙度(Ra)分別為8.8nm和6.8nm，數(shù)值較小。 當(dāng)退火溫度降低到500℃，保溫時(shí)間為8小時(shí)時(shí)，制備得到的薄膜仍是超導(dǎo)的，而且起始轉(zhuǎn)變溫度為25K。 本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低退火溫度(<6