溶液沉积平整化法优化金属基带表面平整度的工艺研究

摘要

YBa2Cu3O7-x(YBCO)高温超导带材具有不可逆场高、载流能力强、微波阻抗低等诸多优点，在强电领域和弱电领域均有广泛应用。一般来说，在金属基底上沉积YBCO薄膜需要首先制备一层具有双轴织构的缓冲层来为YBCO薄膜的外延生长提供种子层并且阻挡 YBCO和金属基底之间的原子互扩散。离子束辅助沉积(IBAD)和倾斜基片沉积(ISD)是当今最流行的两种在无织构的柔性哈氏合金基底上沉积具有双轴织构的缓冲层薄膜的技术，然而哈氏合金基底的表面通常都不够平坦，这就需要对其进行抛光处理。与传统的抛光工艺相比，本论文使用的溶液沉积平整化(SDP)方法成本低廉、设备简单、工艺便捷、材料利用率高、可制备长带材，非常适合工业生产。而且由于薄膜结晶过程中不可控的晶粒生长会导致缓冲层的表面粗糙度增大，所以本论文基于SDP法在哈氏合金基带表面开展了制备非晶薄膜以降低其表面粗糙度的工艺研究。
　　首先根据文献报道，我们选取并配制了三种不同的前驱体溶液：氧化钇前驱液、钇铝混合氧化物(YAlO)前驱液、二氧化硅前驱液，通过对三种不同体系前驱液的配置方法进行优化，提高前驱液的稳定性。随后详细地研究了SDP工艺中前驱液浓度和热处理温度对薄膜表面粗糙度和形貌、结晶情况以及薄膜厚度的综合影响，通过优化这两个重要的工艺参数，继续研究非晶薄膜层数对最终薄膜表面粗糙度和形貌的影响。最终得到了一系列表面平坦、无裂纹的符合离子束辅助沉积和倾斜基片沉积技术标准的非晶薄膜及其制备工艺参数，并且制备了表面均方根粗糙度分别为1.075nm（Y2O3薄膜）、1.243nm（YAlO薄膜）和1.417nm（SiO2薄膜）的最优非晶薄膜。
　　另外讨论了SDP法制备的缓冲层对YBCO涂层导体性能的影响，在铝酸镧单晶基片上制备一层Y2O3非晶薄膜可改善基片表面平整度，优化后续YBCO超导薄膜的取向生长，并将 YBCO超导薄膜的临界电流密度从2.2MA/cm2提高到2.4MA/cm2。使用离子束辅助沉积工艺在YAlO非晶薄膜上成功制备了纯c轴取向的MgO薄膜；使用倾斜基片沉积工艺在Y2O3和SiO2非晶薄膜上均制备出了纯c轴取向的MgO薄膜。

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第一章 概 述

1.1 超导材料的简介

1.2 YBCO涂层导体的结构

1.3 缓冲层制备技术及金属基带的选择

1.4 抛光工艺简介

1.5 缓冲层

1.6 YBCO超导层

1.7 国内外研究现状

1.8 论文的选题依据与研究方案

第二章 实验方法与原理

2.1 SDP法简介

2.2 材料体系的选取

2.3 实验原料及仪器

2.4 SDP工艺流程

2.5 测试分析方法

第三章 SDP法制备非晶薄膜的工艺研究

3.1 化学药品的选择

3.2 基带的焊接

3.3 前驱液稳定性

3.4 氧化钇非晶薄膜的工艺参数研究及YBCO薄膜的制备

3.5 钇铝混合氧化物非晶薄膜的工艺参数研究及IBAD-MgO的制备

3.6 二氧化硅非晶薄膜的工艺参数研究

3.7 SDP薄膜上的ISD沉积实验

3.8 本章小结

第四章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果