高温超导薄膜的制备条件探索——MgO和蓝宝石衬底上制备T1系高温超导薄膜

摘要

Tl-2212高温超导薄膜是近年来的研究热点之一，它具有临界温度高，临界电流密度高，表面电阴低，在空气中性质稳定等特点，适合于微波领域的应用。这也就要求薄膜在匹配衬底上具有很好的外延生长(C 轴取向)和晶面内部生长。本文主要从微波应用的角度对高温超导薄膜Tl-2212的制备条件进行了实验，尝试了LaAlO<,3>之外的衬底，克服了升降温度时的结构相变、介电常数高的缺点；采用了新的溅射退火方式，改善了结晶薄膜的特征参数。 利用射频磁控溅射，在MgO(001)和蓝宝石(γ-Al<,2>O<,3>，1102和0001)衬底上，制备CeO<,2>缓冲层。通过改变衬底温度、溅射功率、溅射气压、溅射时间等参数，探索最佳的薄膜生长条件。将生成的CeO<,2>薄膜进行了X射线衍射θ-2θ扫描分析，得出在700℃衬底温度、120W的溅射功率、6Pa 溅射气压下(溅射2小时)制成的CeO<,2>缓冲层的外延生长状况最好。在上述最佳条件下，在两种衬底上制备了CeO<,2>缓冲层。之后，利用两步法制备Tl-2212薄膜。首先，使用离轴直流溅射制备非晶态的预制Tl-2212薄膜，然后在氩气中低温退火4～6小时形成结晶态的高温超导膜。利用X射线衍射分析了超导薄膜的结晶状态，表明所得的薄膜是良好的C轴取向外延单晶薄膜。测量了两种样品的临界参数，得到在MgO和蓝宝石(1102)衬底上超导薄膜的临界温度Tc分别为103.4K和104.2K，临界电流密度Jc(77K，OT)分别为2.37×10<'6>A/cm<'2>和1.76×10<'6>A/cm<'2>，蓝宝石上超导薄膜的微波表面电阻Rs(77K，10GHz)为725μΩ。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章超导简介-特征参数、结构和应用

第一节超导体的发现历史

第二节超导的特性和主要特征参数

1.2.1超导体的特性

1.2.2主要特征参数

第三节低温超导体和高温超导体及铜氧化物的晶体特征

1.3.1低温超导体的发展与应用

1.3.2高温超导体的优势

1.3.3高温超导铜氧化物的晶体结构特征

第四节高温超导体的弱电应用及衬底、薄膜的选择

1.4.1高温超导体的弱电应用

1.4.2高温超导薄膜的衬底特性

1.4.3高温超导薄膜的选择和特性

第二章超导体的特性参数测量、薄膜制备和分析

第一节超导体特性参数测量

2.1.1超导体临界温度Tc的测量

2.1.2超导体临界电流密度Jc的测量

2.1.3超导体表面电阻Rs的测量

第二节高温超导薄膜的制备

2.2.1薄膜制备技术的两步法-磁控溅射和铊化过程

2.2.2其他的薄膜制备方式

第三节超导薄膜的分析方式

2.3.1扫描电子显微镜(SEM)

2.3.2透射电子显微镜(TEM)

2.3.3电子能谱仪和等离子体发射光谱

2.3.4薄膜的厚度测量

第三章高温超导缓冲层和薄膜的制备条件探索

第一节制备缓冲层的意义

第二节蓝宝石和MgO上制备缓冲层CeO2的实验条件

3.2.1实验结果的分析方法--X射线衍射θ-2θ扫描

3.2.2实验条件的变化对CeO2缓冲层的影响及结果分析

第三节在MgO和蓝宝石衬底上缓冲制备Tl-2212薄膜的实验

3.3.1实验结果分析方法--X射线衍射ω扫描(摇摆曲线)和ψ扫描

3.3.2 MgO和蓝宝石上以CeO2为缓冲层制备Tl-2212超导薄膜的实验及结果分析

第四章展望

致谢

参考文献

个人简历及学术论文