MgO衬底上大面积Tl-2212高温超导薄膜均匀性分析

摘要

本论文的主要工作是解决大面积高温超导薄膜的均匀性问题。采用计算机模拟和实验验证相结合的方法，找到了在直径三英寸(约75mm)的衬底上制备厚度均方差＜5％薄膜的衬底运动方法。并且在5×10mm2的MgO(001取向)衬底上生长了CeO2缓冲层，制备出高质量的Tl-2212高温超导薄膜。 首先，寻找在5×10mm2MgO(001取向)衬底上制备CeO2缓冲层的最佳条件。我们采用RF磁控溅射沉积CeO2薄膜。在溅射靶与衬底之间的距离为40mm，溅射气压为3Pa(Ar/O2混和气)，溅射功率为120瓦的条件下，衬底的温度在400℃-780℃之间变化。当衬底温度≥700℃时，CeO2薄膜为外延C轴取向生长，符合了制备高质量Tl-2212高温超导薄膜的要求。 然后，分析溅射粒子的运动规律，得到溅射粒子在衬底所在平面内的沉积速率分布满足正态分布规律。通过实验，考察了在溅射靶与衬底之间的距离为40mm，溅射气压为3Pa，溅射功率为120瓦的条件下，溅射粒子在衬底运动平面上的沉积速率的分布情况，确定溅射粒子沉积速率分布的解析函数。再利用计算机模拟了衬底在不同运动方式下，其薄膜厚度的分布情况，进而找到制备均匀薄膜所采用的最佳衬底运动方式。然后在80×15mm2载波片上，在上述制膜条件下，利用模拟所得到的衬底运动方式溅射了CeO2薄膜，其均匀性比较好。 利用上述溅射条件，在5×10mm2的MgO(001取向)衬底制备了CeO2缓冲层，衬底温度为700℃，溅射时长15分钟。再利用异位两步法在上述MgO衬底上制备了T1-2212高温超导薄膜。利用XRD的θ-2θ，摇摆曲线和φ扫描分析了该薄膜的晶态结构及取向情况。表明该薄膜是外延C取向薄膜。 利用无损电感耦合法测得样品的超导转变温度Tc=103.4K，四探针法测量得到样品在零场，77K下的临界电流密度Jc=2.37×106A/cm2。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章超导薄膜的制备方法

第三章大面积薄膜均匀性的模拟

第四章MgO衬底上制备TL-2212超导薄膜

第五章结论与展望

致谢

参考文献

附录

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