藍(lán)寶石基片上Tl-2212高溫超導(dǎo)薄膜的制備.pdf

1、高溫超導(dǎo)材料是當(dāng)代凝聚態(tài)物理中最重要的研究領(lǐng)域之一,也是新材料科學(xué)研究領(lǐng)域一個(gè)重要的科學(xué)前沿。高溫超導(dǎo)材料自從發(fā)現(xiàn)之日起,就顯示出其巨大的發(fā)展?jié)摿?它的應(yīng)用主要分為強(qiáng)電應(yīng)用和弱電應(yīng)用,強(qiáng)電應(yīng)用主要指超導(dǎo)輸電和超導(dǎo)磁體,弱電應(yīng)用主要指電子器件的應(yīng)用。高溫超導(dǎo)薄膜是制造超導(dǎo)電子器件的關(guān)鍵材料,制造高質(zhì)量的高溫超導(dǎo)薄膜是制造優(yōu)良性能的高溫超導(dǎo)器件的前提。 本文重點(diǎn)研究在藍(lán)寶石基片上制備高質(zhì)量的T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜的制備工藝,由于

2、藍(lán)寶石基片與T1-2212超導(dǎo)薄膜的晶格常數(shù)不匹配,因此需要首先在藍(lán)寶石襯底上濺射一層CeO2緩沖層來(lái)減少襯底與高溫超導(dǎo)薄膜的失配度,為此我們首先探究了CeO2緩沖層采用磁控濺射的濺射條件,研究不同的濺射參數(shù)對(duì)緩沖層生長(zhǎng)的影響,具體包括溫度、壓強(qiáng)、功率、氧含量。通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的研究,進(jìn)而探究出CeO2緩沖層濺射的最佳條件是110W、0.5Pa(Ar/O2=4/1)、700℃,在這種條件下制備的緩沖層具有很好的外延生長(zhǎng)取向。 為了

3、提高T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜的質(zhì)量,我們還重點(diǎn)研究了藍(lán)寶石(1102)基片在不同溫度下退火時(shí)表面形貌和表面相結(jié)構(gòu)的變化,以及它對(duì)CeO2緩沖層和T1-2212超導(dǎo)薄膜生長(zhǎng)的影響。原子力顯微鏡(AFM)研究表明,在流動(dòng)氧環(huán)境中1000℃溫度下退火,藍(lán)寶石(1102)的表面首先局部區(qū)域形成臺(tái)階結(jié)構(gòu),然后表面形成疊層臺(tái)階結(jié)構(gòu),隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng),表面發(fā)生了臺(tái)階合并現(xiàn)象,表面形貌最終演化為穩(wěn)定的具有光滑平臺(tái)的寬臺(tái)階結(jié)構(gòu)。XRD測(cè)試表明,通過(guò)高

4、溫?zé)崽幚砜梢源蠓忍岣咚{(lán)寶石基片表面結(jié)構(gòu)的完整性。在1000℃溫度下熱處理20小時(shí)的藍(lán)寶石(1102)基片上可以生長(zhǎng)出具有面內(nèi)取向的CeO2(00l)緩沖層。在具有緩沖層的藍(lán)寶石基片上可以制作出高質(zhì)量c軸織構(gòu)的外延T1-2212超導(dǎo)薄膜,其臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc為104.7K,液氮溫度下臨界電流密度Jc達(dá)到3.5MA/cm2,微波表面電阻Rs(77K,10GHz)約為390μΩ。同時(shí)我們還研究了藍(lán)寶石襯底上制備雙面超導(dǎo)薄膜,研究其具體的制備工