钇稳定氧化锆/钇钡铜氧多层膜及阵列的制备

摘要

YBa2Cu3O7-x(YBCO)高温超导薄膜具有优异的超导性能，被认为是最有应用前景的高温超导材料之一。在其基础上发展的高温超导约瑟夫森隧道结(SIS结)在超导电子器件领域有着广泛的应用。
　　本文首先采用无氟溶胶-凝胶工艺制备单层YBCO超导薄膜，研究了影响YBCO薄膜超导性能的因素，并通过不断调整参数，得到了稳定的制膜工艺，为后续多层膜的制备奠定了基础。实验采用钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜作为超导约瑟夫森隧道结的绝缘层。为了探讨YSZ的结晶温度，在非晶硅基板上尝试了不同的制膜温度，并确定了YSZ的结晶温度。进一步在铝酸镧(LAO)单晶基板上制备单层YSZ薄膜，通过XRD检测，得到了取向单一的YSZ薄膜。其次，为了研究YSZ与YBCO之间的相互影响，分别制备了YSZ/YBCO、YBCO/YSZ双层膜。XRD、超导性能测试结果表明，YSZ上的YBCO薄膜仍然具有超导性能，其转变温度Tc=84.09K。YBCO上面YSZ的热处理工艺参数对底层YBCO的超导性能有明显影响。实验确定YSZ的热处理温度和时间分别为650℃和20min时，其对底层YBCO的影响较小。接着在LAO基板上逐层制备了YBCO/YSZ/YBCO三层膜，所制备的三层膜界面清晰，其中YBCO的临界电流密度值Jc在55K和60K温度下，分别达到了1.1 MA/cm2和0.97MA/cm2。I-V曲线测试结果表明所制备的三层膜结构具有直流约瑟夫森效应，在50K和55K温度下，其临界电流Ic分别为10.25 mA和6.30 mA。最后，在LAO基片上制备YBCO/YSZ两层膜之后，结合感光溶胶-凝胶工艺，将第三层YBCO制备成了阵列形式得到了YBCO/YSZ/YBCO阵列结构。在不同温度下，测试了该阵列结构的I-V曲线，曲线中均出现了零电压超流平台并且其临界电流Ic随温度的升高而减小，表现出了约瑟夫森效应。55K温度下，随着外加磁场大小从0Oe增加到1300Oe，其临界电流Ic的值随之从6.30mA减小到4.48mA，呈现出随外加磁场大小增加而减小的趋势。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 超导材料的研究概述

1．1．1 YBCO高温超导材料的晶体结构

1．1．2 YBCO超导薄膜的制备方法

1．2 多层膜中YSZ绝缘层的制备

1．3 超导约瑟夫森结

1．3．1 约瑟夫森效应的发现

1．3．2 约瑟夫森结的种类

1．3．3 超导约瑟夫森结的应用

1．4 约瑟夫森结阵列

1．5 研究的意义

1．6 研究内容

2 实验方案及实验设备

2．1 实验方案

2．2 实验设备

2．2．1 基本仪器设备

2．2．2 薄膜制备设备

2．2．3 薄膜性能测试设备

2．3 实验试剂

3 YBCO薄膜的制备与研究

3．1 无氟溶胶-凝胶工艺制备YBCO薄膜

3．1．1 YBCO溶胶的配制

3．1．2 YBCO薄膜热处理过程的相演变规律

3．2 影响YBCO薄膜性能的因素分析

3．2．1 不同金属离子比对YBCO薄膜超导性能的影响

3．2．2 厚度及高温阶段水蒸气的加入量对YBCO的影响

3．3 本章小结

4 YSZ薄膜的制备及其与YBCO之间的相互影响

4．1 硅基片上YSZ薄膜的制备

4．2 LAo基板上YSZ薄膜的制备

4．3 YSZ薄膜上YBCO薄膜的制备

4．4 YBCO薄膜上YSZ薄膜的制备

4．5 本章小结

5 YBCO／YSZ／YBCO三层膜及阵列的制备

5．1 YBCO/YSZ/YBCO三层膜的XRD分析

5．2 YBCO/YSZ/YBCO三层膜SEM分析

5．3 YBCO/YSZ/YBCO三层膜磁化曲线测试

5．4 YBCO/YSZ/YBCO三层膜断面扫描分析

5．5 YBCO/YSZ/YBCO三层膜Ⅰ-Ⅴ曲线测试

5．6 YBCO/YSZ/YBCO阵列的制备

5．7 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

发表的论文