脈沖激光沉積制備YBCO薄膜-激光誘生大顆粒的消除以及c軸擇優(yōu)外延生長研究.pdf

1、目前，在超導(dǎo)器件應(yīng)用方面，YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜是研究最多、也是最接近實(shí)用化的一種高溫超導(dǎo)材料。有鑒于此，高質(zhì)量的YBCO薄膜的制備技術(shù)和性能研究非常重要：一方面，可以用于基礎(chǔ)物理和性能的研究，如超導(dǎo)機(jī)理和磁通釘扎等性能的探索；另一方面，可以制成各種功能獨(dú)特的超導(dǎo)元器件，如約瑟大遜結(jié)和隧道結(jié)以及微波器件等。
　　 然而，制備高質(zhì)量的YBCO薄膜仍然面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是對于脈沖激光沉積技術(shù)(PLD)外延生長YB

2、CO超導(dǎo)薄膜存在以下兩個難題：一、PLD特有的誘生大顆粒難以消除，從而造成薄膜粗糙、超導(dǎo)性能下降等，特別是超導(dǎo)微納器件中大顆粒的存在會嚴(yán)重降低其性能；二、YBCO薄膜在各類單晶基片上擇優(yōu)取向難以精確控制，也會影響薄膜的電流傳輸特性。針對這兩個難題，我們開展了以下的研究工作。
　　 第一，消除PLD技術(shù)制備YBCO薄膜普遍存在的大顆粒現(xiàn)象。首先，通過大量的實(shí)驗，總結(jié)出薄膜中大顆粒的產(chǎn)生規(guī)律。在此基礎(chǔ)之上，我們發(fā)展了一種網(wǎng)格掩模技術(shù)

3、，即在靶材和基片間插入一個合適的網(wǎng)格掩模，通過網(wǎng)格的尺寸和位置的調(diào)整，找到最佳的工藝參數(shù)，從而達(dá)到消除YBCO薄膜中從靶材濺射出來的大顆粒的現(xiàn)象。我們通過XRD、SEM、AFM等測量技術(shù)觀察薄膜形貌。結(jié)果表明：該方法制備的YBCO薄膜與傳統(tǒng)制備出來的薄膜的成相基本一致，其中網(wǎng)格有效地阻擋了從靶材中噴發(fā)的液滴(laser-induced particles)輸運(yùn)到基片上，因此，最終沉積的YBCO薄膜幾乎觀察不到大的顆粒，平整性也有很大的提

4、高。
　　 第二，不同單晶基片上外延生長c軸擇優(yōu)YBCO薄膜的技術(shù)及機(jī)制。首先，采用PLD在三種不同單晶基片上(MgO、SrTiO3、Si)沉積YBCO薄膜，通過工藝的優(yōu)化、過渡層的使用(主要在Si基片上)在三種基片上成功地制備出c軸擇優(yōu)的YBCO薄膜。然后，通過XRD測量技術(shù)對薄膜樣品的晶體取向、微結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的表征，并結(jié)合其超導(dǎo)性能的測量，闡明性能與微結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系，并利用晶格匹配理論和界面能理論解釋了薄膜的外延生長機(jī)制