原位外延生长YBCO薄膜及取向控制

摘要

高质量的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜是许多超导器件的核心材料。在保证高的超导临界转变温度的前提下,不同的应用要求高度各向异性的YBCO薄膜具有特定的面外取向。例如:在需要传输大电流的情况,要求YBCO薄膜具有高度的c轴取向；而在制备本征Josephson结时,则可能要求YBCO薄膜具有a轴取向。不仅如此,面内取向也是获得高质量YBCO薄膜需要考虑的重要因素。因此,有必要对制备YBCO薄膜的工艺进行更深入的研究。
　　 本文采用激光脉冲沉积技术(PLD),在氧化镁(MgO)单晶衬底上成功地原位外延生长了不同面外取向的YBCO薄膜。对c轴取向、a轴取向、面外45。倾斜的(103)取向薄膜的生长条件进行了大量细致的研究,初步描绘出了温度和压强组成的取向生长相转变区间图,并讨论了导致不同取向生长的内在机理。
　　 在获得c轴取向的前提下,我们也对YBCO薄膜面内取向的控制生长技术进行了尝试。主要采用X射线衍射极图(Pole Figure)测试技术分析了YBCO薄膜的面内取向,以及与衬底的取向关系。结果表明,YBCO薄膜与衬底之间的取向关系有0°,45°或0°/45°混合取向三种情况。不经过工艺控制,YBCO薄膜一般具有八次对称(0°/45°混合)的极图,即薄膜面内存在大角度的晶界；经过一定的工艺条件调整,可以获得四次对称(0°或者45°)的极图,即薄膜内的晶粒在面内有比较一致的取向关系。我们应用界面能理论对YBCO薄膜的面内取向生长的动力学进行了分析,初步成功地解释清楚了面内取向生长机制的问题。
　　 总结而言,我们通过工艺参数的调节,不仅成功地原位外延生长出不同面外取向的YBCO薄膜,而且也得到了面内取向生长的工艺条件,并对取向生长机理进行了初步的探讨。