ReBaCuO高温超导薄膜的制备与表征

摘要

高质量的高Tc超导薄膜在微电子学及器件方面有着广阔应用前景，它的制备研究一直占据着超导研究工作的一个重要地位。完全c轴取向的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜的临界电流密度要比非完全c轴取向的薄膜高比几个数量级，但是，许多研究者表明：随着薄膜厚度的增加，YBCO薄膜会偏离c轴生长，达到一定厚度(～200nm)以后，将逐渐变为沿a轴生长。因此，本工作的主要目的是采用不同的烧结靶材利用脉冲激光沉积技术(PLD)在MgO(100)基片上实现YBCO薄膜的择优生长。同时研究了制备SBCO薄膜的工艺参数，以期实现SBCO的原位生长来引导YBCO的择优生长。 本论文中我们采用固相烧结工艺来制备两种不同的陶瓷靶材，一种是已经烧结成Y123超导相的传统靶材，另一块是按照相同的化学计量配比在较低的温度下制备的未成相的靶材。利用脉冲激光沉积技术在MgO衬底上生长YBCO薄膜，并对它们的微观结构和超导性能进行比较和研究。我们发现利用两种不同的靶材沉积薄膜厚度在150nm时，二者的XRD扫描结果基本一致，但是当薄膜厚度达到650nm时，利用未成相的靶材具有一定的优势，薄膜c轴生长趋势明显，能够明显抑制a轴晶粒的形成。甚至当薄膜厚度达到1200nm以后，仍然保持着良好的c轴方向生长。可见，使用这种靶材能够有效地改进薄膜的生长情况，可能与激光烧蚀靶材产生的羽辉在基片上迁移重组有很大的影响。 我们也尝试了在MgO(100)衬底上生长SmBa2Cu3O7-δ(SBCO)薄膜，通过改变衬底沉积温度，沉积气氛来寻找最优的外延生长条件，同时研究了后退火处理对薄膜的影响。结果表明：在800℃衬底温度下实现了SBCO薄膜的外延生长，并将之作为一层较薄的过渡层来引导YBCO薄膜的生长；退火温度对于薄膜取向有较大的影响，较高的退火温度有利于薄膜的c轴取向生长。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1超导材料的研究发展

1.1.1超导的产生和几个基本概念

1.1.2超导的微观理论

1.1.3第二类超导体

1.1.4约瑟夫森效应简介

1.1.5高温超导体的兴起和其他超导体的研究

1.2 Y系高温超导体的结构研究

1.2.1 YBCO的晶体结构

1.3超导材料的应用

1.4制备超导薄膜材料的现状

1.5本文的研究思路和主要内容

参考文献：

第二章YBCO薄膜的PLD沉积技术与测试方法

2.1脉冲激光沉积法制备YBCO薄膜

2.1.1脉冲激光沉积过程及其特点：

2.1.2脉冲激光沉积系统及沉积参数分析：

2.1.3脉冲激光沉积YBCO薄膜的形成过程

2.2薄膜的结构表征

2.2.1膜厚的测量

2.2.2薄膜的结晶结构

2.2.3薄膜的表面形貌

2.3薄膜超导性质的检测

2.3.1低温系统简介

2.3.2超导量子干涉仪简介

参考文献：

第三章MgO衬底上生长YBCO薄膜的研究

3.1研究背景

3.2实验方法

3.2.1陶瓷靶材的制备

3.2.2陶瓷靶材的结构表征

3.2.3 PLD方法制备YBCO薄膜

3.3实验结果及分析

3.3.1薄膜厚度的测量

3.3.2薄膜结构的分析

3.3.3薄膜表面形貌的分析

3.3.3薄膜超导电性的测量

3.4本章小结

参考文献：

第四章MgO衬底上生长SBCO薄膜的研究

4.1引言

4.2实验方法

4.2.1靶材的制备与分析

4.2.2 PLD方法制备SBCO薄膜

4.3实验结果与分析

4.3.1膜厚分析

4.3.2不同参数对薄膜结晶相的影响

4.3.3薄膜的原位生长研究

4.3.4薄膜的表面形貌分析

4.3.5薄膜的生长机理探讨

4.4本章小结

参考文献：

第五章总结与展望

攻读硕士期间公开发表的论文

致谢