面向微波應(yīng)用的鉈系高溫超導(dǎo)薄膜研究.pdf

1、T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜具有超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度高、臨界電流密度大、微波表面電阻低以及環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點,是制作高性能超導(dǎo)微波無源器件的優(yōu)良材料。在制備T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜的眾多襯底材料中,藍(lán)寶石和MgO單晶基片具有適中的介電常數(shù)和較低的微波損耗,因此非常適合于在微波領(lǐng)域的應(yīng)用。特別是大面積的藍(lán)寶石單晶基片價格相對較低,對T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜在微波領(lǐng)域中的應(yīng)用和推廣有著重要的意義。
　　 本論文系統(tǒng)研究了在藍(lán)寶石和MgO襯

2、底上制備T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜的生長規(guī)律,深入研究了不同工藝條件對超導(dǎo)薄膜結(jié)晶質(zhì)量及超導(dǎo)性能的影響,并制備了高質(zhì)量的面向微波應(yīng)用的大面積高溫超導(dǎo)薄膜。本論文的具體研究內(nèi)容和研究成果如下:
　　 1、以金屬鈰作為濺射靶,采用射頻磁控反應(yīng)濺射的方法在藍(lán)寶石(1102)襯底上原位生長了CeO2緩沖薄膜。研究了不同的生長工藝對CeO2薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌以及基片和緩沖層界面處元素擴(kuò)散的影響。在最佳工藝條件下生長的厚度為40 nm的

3、CeO2緩沖薄膜具有較好的結(jié)晶質(zhì)量和較低的表面粗糙度,并且可以有效阻止基片中的元素擴(kuò)散至T1-2212超導(dǎo)薄膜中。
　　 2、系統(tǒng)研究了CeO2緩沖層的生長工藝條件對T1-2212超導(dǎo)薄膜晶體結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電性的影響。在最優(yōu)化工藝條件下制備的T1-2212超導(dǎo)薄膜具有較好的c軸取向一致性。薄膜的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc可達(dá)107 K,臨界電流密度Jc達(dá)到6 MA/cm2(77K,0T)。
　　 3、在10 mm×10 mm的雙面

4、拋光藍(lán)寶石基片上以CeO2薄膜作為緩沖層生長了雙面T1-2212超導(dǎo)薄膜。薄膜具有較高的結(jié)晶質(zhì)量和兩面一致性,Tc達(dá)到106.7K,臨界電流密度分別為4.25 MA/cm2和5 MA/cm2(77 K,0 T)。
　　 4、在直徑為2英寸的雙面拋光藍(lán)寶石基片上研制出了高質(zhì)量的雙面T1-2212高溫超導(dǎo)薄膜。測試結(jié)果表明,在整個基片范圍內(nèi)薄膜具有均勻的超導(dǎo)電性分布,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc大于105 K,ΔT小于0.3 K。在77 K,0

5、 T條件下薄膜的臨界電流密度Jc均大于1.5 MA/cm2,微波表面電阻Rs小于450μΩ(77 K,10GHz),表明薄膜具有良好的微波性能。
　　 5、研究了MgO單晶基片的高溫處理對表面晶體結(jié)構(gòu)以及CeO2薄膜生長的影響；研究了在經(jīng)過高溫處理的MgO單晶基片外延生長CeO2緩沖薄膜的工藝條件；在直徑為2英寸的MgO基片上以最優(yōu)化工藝制備了CeO2緩沖薄膜,分析了大面積緩沖薄膜的厚度分布和晶體結(jié)構(gòu)的均勻性。結(jié)果表明,對MgO