MgB2超導薄膜的制備及應用基礎研究.pdf

1、早在1950年人們就已經知道有MgB2這種材料存在，但長期以來并未受到人們重視。日本青山學院教授秋光純在2001年宣布發(fā)現(xiàn)MgB2具有超導電性，其臨界轉變溫度達39K，這一重大發(fā)現(xiàn)立即在國際物理學界引起了極大的關注。MgB2不但突破了傳統(tǒng)BCS預言的簡單金屬間化合物的超導轉變溫度極限(約為24K)，還具有許多“傳統(tǒng)”高溫超導材料不具備的超導特性，因此這種材料無論在超導機制的理論研究上，還是在材料的應用開發(fā)上，都具有十分重大的意義。

2、>　　 本論文詳細介紹了基于化學氣相沉積(CVD)方法的MgB2超導薄膜制備工藝和應用基礎研究的結果。以化學氣相沉積加后退火的異位兩步生長法，制備出大面積MgB2超導薄膜，所用的樣品基片是Al2O3多晶拋光片，面積為6.5cm×5.0cm，并通過多種檢測手段測定、分析其超導特性。以原位物理化學氣相沉積(HPCVD)-步法，也制備出性能優(yōu)良的MgB2超導薄膜。提出了以晶形單質硼為介質層的MgB2-B-MgB2超導SIS多層膜的制備方法，

3、并開發(fā)出了和現(xiàn)行微電子工藝相兼容的MgB2超導薄膜布圖布線技術和工藝，為基于MgB2超導薄膜的約瑟夫森器件和超導集成電路的應用打下了基礎。論文主要工作總結如下：
　　 1、在多晶Al2O3拋光基片上，通過異位兩步生長法(即化學氣相沉積加后退火)制備出大面積的MgB2超導薄膜，樣品的R-T曲線是用自己搭建的超導電性自動測量系統(tǒng)進行測量的，測出的Tc為39K。進行了樣品的SEM表面形貌觀察、X-射線衍射(XRD)結構分析、超導量子干

4、涉儀MPMS(SQUID)的磁性測量和X射線光電子能譜(XPS)表面分析。由薄膜樣品磁滯曲線(M-H)和磁矩曲線(M-T)得到的臨界電流密度達1.8×106A/cm2以上。
　　 2、在多晶Al2O3基片上，使用我們自行研發(fā)的雙加熱器薄膜制備系統(tǒng)，采用原位一步法生長薄膜的工藝和技術，制備的MgB2超導薄膜其超導轉變溫度Tc達到38.5K，轉變區(qū)間寬度△Tc為0.5K。并測量了樣品的SEM表面形貌、X-射線衍射譜、X射線光電子能譜

5、和磁性。根據(jù)薄膜樣品的磁滯曲線，樣品的臨界電流密度可達105A/cm2以上，達到了集成電路實現(xiàn)超導互連應用的水平。
　　 3、結合兩步法和一步法生長工藝，開發(fā)了MgB2-B-MgB2超導SIS多層膜結構的制備方法，進行了相關的實驗測試。該方法具有工藝簡單，和單層超導薄膜制備工藝兼容，不引入新的系統(tǒng)污染等優(yōu)點，為下一步制備MgB2的約瑟夫森結打下了較好的基礎
　　 4、發(fā)明了MgB2超導薄膜的兩種布圖布線工藝，其中，經由硼