雙軸織構(gòu)Ni-W基帶上反應(yīng)濺射沉積氧化物種子層薄膜.pdf

1、因在工業(yè)上具有廣闊的應(yīng)用前景，高溫超導(dǎo)帶材研究受到相當(dāng)?shù)闹匾?。與第一代鉍系超導(dǎo)帶材(BSCCO)相比，第二代YBCO涂層導(dǎo)體具有較低的交流損耗和較高的性價比。在二代涂層導(dǎo)體中，第一層過渡層(也稱為種子層)起著順延織構(gòu)和阻擋基帶與超導(dǎo)層之間互擴(kuò)散的重要作用，因此，種子層是涂層導(dǎo)體制備的關(guān)鍵。 本論文開展了氧化釔(Y2O3)及氧化鈰(CeO2)種子層薄膜的沉積制備研究。在雙軸織構(gòu)的鎳鎢合金(Ni-5at.％W)基帶上，采用直流磁控反

2、應(yīng)濺射法生長Y2O3及CeO2薄膜。為了獲得高度雙軸織構(gòu)、表面平整、結(jié)構(gòu)致密的種子層，本論文開展了以下研究工作： 1.采用兩步法生長Y2O3種子層，研究了沉積溫度、濺射功率、水蒸汽分壓、沉積時間等工藝參數(shù)對薄膜c軸織構(gòu)程度的影響。初步優(yōu)化了Y2O3薄膜的生長工藝條件，當(dāng)沉積溫度約為720℃附近、水蒸汽分壓約為0.2Pa附近、濺射功率在15W～45W、沉積時間約為60min時，制備出了織構(gòu)程度良好的Y2O3薄膜； 2.在Y

3、2O3薄膜的生長研究中，Y2O3種子層的優(yōu)化工藝參數(shù)窗口太窄，且薄膜結(jié)構(gòu)不利于后續(xù)過渡層或YBCO薄膜的沉積，為此，本論文改用CeO2作種子層材料。采用等溫退火法(或稱“一步法”)沉積CeO2，即：先在氧化性氣氛下直接反應(yīng)生長CeO2薄膜，再在與沉積溫度相同的溫度下對薄膜進(jìn)行退火處理，系統(tǒng)研究了沉積溫度、退火時間、水蒸汽分壓對薄膜c軸織構(gòu)程度的影響?？偨Y(jié)出沉積CeO2薄膜的優(yōu)化工藝條件，當(dāng)沉積溫度為720-850℃、水蒸汽分壓介于1×1

4、0-4-5.5×10-4pa之間、退火時間≥40min時，獲得了織構(gòu)程度良好的CeO2種子層薄膜； 3.由于一步法制備CeO2種子層中水分壓范圍狹窄，工藝條件難以控制，并且退火延長了薄膜的制備時間，因此，本論文又采用了兩步生長法沉積CeO2種子層，即：先在Ni-W基帶上沉積一層約15nm的金屬Ce薄膜，再通入氧化氣氛(水蒸汽)，繼續(xù)進(jìn)行薄膜沉積。兩步法中運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)的方法分析了沉積溫度，水分壓，濺射功率，沉積時間和總壓對薄膜c軸

5、取向的影響程度，發(fā)現(xiàn)沉積溫度對薄膜織構(gòu)的影響最為顯著，濺射功率次之。同時獲得了高度雙軸織構(gòu)的CeO2薄膜，其c軸取向度達(dá)到98％，薄膜面外半高峰寬(△ω)與面內(nèi)半高峰寬(△Ф)分別為4.0°和8.2°，5×5μm2掃描范圍的表面粗糙度(rms)為7.455nm； 4.最后，本論文在CeO2的Ni-W基帶上沉積了YBCO，獲得了良好雙軸織構(gòu)的YBCO薄膜，由X射線衍射Ф掃描和極圖分析得到：YBCO/CeO2/Ni-W多層結(jié)構(gòu)的外延